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Authors: Flentge, Felix
Title: Aktionenlernen mit Selbstorganisierenden Karten und Reinforcement Learning
Online publication date: 18-Nov-2005
Language: german
Abstract: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Funktionsapproximators und dessen Verwendung in Verfahren zum Lernen von diskreten und kontinuierlichen Aktionen: 1. Ein allgemeiner Funktionsapproximator – Locally Weighted Interpolating Growing Neural Gas (LWIGNG) – wird auf Basis eines Wachsenden Neuralen Gases (GNG) entwickelt. Die topologische Nachbarschaft in der Neuronenstruktur wird verwendet, um zwischen benachbarten Neuronen zu interpolieren und durch lokale Gewichtung die Approximation zu berechnen. Die Leistungsfähigkeit des Ansatzes, insbesondere in Hinsicht auf sich verändernde Zielfunktionen und sich verändernde Eingabeverteilungen, wird in verschiedenen Experimenten unter Beweis gestellt. 2. Zum Lernen diskreter Aktionen wird das LWIGNG-Verfahren mit Q-Learning zur Q-LWIGNG-Methode verbunden. Dafür muss der zugrunde liegende GNG-Algorithmus abgeändert werden, da die Eingabedaten beim Aktionenlernen eine bestimmte Reihenfolge haben. Q-LWIGNG erzielt sehr gute Ergebnisse beim Stabbalance- und beim Mountain-Car-Problem und gute Ergebnisse beim Acrobot-Problem. 3. Zum Lernen kontinuierlicher Aktionen wird ein REINFORCE-Algorithmus mit LWIGNG zur ReinforceGNG-Methode verbunden. Dabei wird eine Actor-Critic-Architektur eingesetzt, um aus zeitverzögerten Belohnungen zu lernen. LWIGNG approximiert sowohl die Zustands-Wertefunktion als auch die Politik, die in Form von situationsabhängigen Parametern einer Normalverteilung repräsentiert wird. ReinforceGNG wird erfolgreich zum Lernen von Bewegungen für einen simulierten 2-rädrigen Roboter eingesetzt, der einen rollenden Ball unter bestimmten Bedingungen abfangen soll.
This doctoral thesis deals with the development of a function approximator and its application to methods for learning discrete and continuous actions: 1. A general function approximator – Locally Weighted Interpolating Growing Neural Gas (LWIGNG) – is developed from Growing Neural Gas (GNG). The topological neighbourhood structure is used for calculating interpolations between neighbouring neurons and for applying a local weighting scheme. The capabilities of this method are shown in several experiments, with special considerations given to changing target functions and changing input distributions. 2. To learn discrete actions LWIGNG is combined with Q-Learning forming the Q-LWIGNG method. The underlying GNG-algorithm has to be changed to take care of the special order of the input data in action learning. Q-LWIGNG achieves very good results in experiments with the pole balancing and the mountain car problems, and good results with the acrobot problem. 3. To learn continuous actions a REINFORCE algorithm is combined with LWIGNG forming the ReinforceGNG method. An actor-critic architecture is used for learning from delayed rewards. LWIGNG approximates both the state-value function and the policy. The policy is given by the situation dependent parameters of a normal distribution. ReinforceGNG is applied successfully to learn continuous actions of a simulated 2-wheeled robot which has to intercept a rolling ball under certain conditions.
DDC: 004 Informatik
004 Data processing
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1942
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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