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强化学习和最优控制 PDF

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简介:
《强化学习和最优控制》一书深入探讨了强化学习理论及其在最优控制系统设计中的应用,结合实际案例解析复杂系统的优化策略。 MIT科学家Dimitri P. Bertsekas在亚利桑那州立大学(ASU)开设了2023年的《强化学习》课程,并且他所撰写的专著《强化学习与最优控制》,探讨了人工智能与最优控制的共同边界。 在人工智能和机器学习领域,强化学习作为核心分支之一,吸引了大量研究者和工程师的关注。该领域的重点在于如何通过智能决策来优化动态系统的性能表现。Bertsekas教授在其课程中深入讲解了这一主题,并且他的著作《强化学习与最优控制》详细阐述了如何利用强化学习解决最优控制问题。 书中涵盖了马尔可夫决策过程(MDP)、策略评估、策略改进、价值函数、Q函数以及策略迭代和值迭代等核心概念。通过这些理论,读者能够理解智能体在未知环境中自主学习和做出最佳决策的机制。 此外,《强化学习与最优控制》还提供了一系列实用指南,帮助读者掌握如何使用Python实现各种强化学习算法,并且书中可能还会探讨深度强化学习(DRL)的应用潜力及其解决复杂问题的能力。通过这种方式,该书不仅为学术研究人员提供了理论分析的基础,也为工程技术人员提供了实际案例和编程指导。 这本书对于想要深入了解并应用强化学习于最优控制领域的读者来说是一份宝贵的资源。它强调了理论的深刻性和实践技术的有效性,并且提供了一系列工具与方法来解决复杂问题。因此,《强化学习与最优控制》一书是相关领域研究者和技术人员不可或缺的重要参考书籍。

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    《强化学习和最优控制》一书深入探讨了强化学习理论及其在最优控制系统设计中的应用,结合实际案例解析复杂系统的优化策略。 MIT科学家Dimitri P. Bertsekas在亚利桑那州立大学(ASU)开设了2023年的《强化学习》课程,并且他所撰写的专著《强化学习与最优控制》,探讨了人工智能与最优控制的共同边界。 在人工智能和机器学习领域,强化学习作为核心分支之一,吸引了大量研究者和工程师的关注。该领域的重点在于如何通过智能决策来优化动态系统的性能表现。Bertsekas教授在其课程中深入讲解了这一主题,并且他的著作《强化学习与最优控制》详细阐述了如何利用强化学习解决最优控制问题。 书中涵盖了马尔可夫决策过程(MDP)、策略评估、策略改进、价值函数、Q函数以及策略迭代和值迭代等核心概念。通过这些理论,读者能够理解智能体在未知环境中自主学习和做出最佳决策的机制。 此外,《强化学习与最优控制》还提供了一系列实用指南,帮助读者掌握如何使用Python实现各种强化学习算法,并且书中可能还会探讨深度强化学习(DRL)的应用潜力及其解决复杂问题的能力。通过这种方式,该书不仅为学术研究人员提供了理论分析的基础,也为工程技术人员提供了实际案例和编程指导。 这本书对于想要深入了解并应用强化学习于最优控制领域的读者来说是一份宝贵的资源。它强调了理论的深刻性和实践技术的有效性,并且提供了一系列工具与方法来解决复杂问题。因此,《强化学习与最优控制》一书是相关领域研究者和技术人员不可或缺的重要参考书籍。
  • 基于MATLAB的求解问题代码包.rar_EVX8_MATLAB__
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    本资源提供了一套利用MATLAB实现的强化学习算法代码包,专门用于解决各种最优控制问题。通过下载该代码包,用户可以深入理解并应用强化学习技术来优化控制系统的设计与性能。 关于强化学习在最优控制中的应用,这里提供了一段可以运行的MATLAB代码。这段代码用于解决利用强化学习技术来寻找控制系统中最优解的问题。
  • 全的课件资料.zip
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    本资源包包含最新的强化学习和最优控制课程材料,涵盖了理论、算法及应用实例,适合研究者和技术人员深入学习。 本书名为《强化学习与最优控制》,作者是美国工程院院士、麻省理工学院的Dimitri P. Bertsekas教授。该书预计于2019年由Athena Scientific出版社出版,共包含13个章节,并计划在2021年更新为最新课件版本。
  • balance_car_rl_matlab__平衡小车_matlab_
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    本资源提供了基于MATLAB的强化学习算法应用于平衡小车控制系统的设计与实现。通过模拟环境训练智能体掌握使小车保持稳定的策略,适合初学者和研究者深入理解强化学习原理及其在实际问题中的应用。 本项目旨在利用强化学习解决经典控制问题——平衡小车倒立摆。目标是通过调整小车的移动来保持摆杆垂直站立,这在实际物理系统中具有挑战性。 强化学习是一种机器学习方法,适用于处理连续且动态环境中的优化问题。其基本思想是智能体与环境互动以获取最优策略。在这个项目中,智能体为控制器,而环境包括小车和摆杆的物理特性。通过执行动作(如推动小车),智能体会接收到状态反馈,并根据当前情况得到奖励或惩罚。最终目标是在长期累积奖励最大化的基础上稳定地保持摆杆垂直。 提供的文件包含以下关键脚本: 1. `Cart_Pole.m`:主程序,可能包括环境模型、学习策略和训练过程的强化学习算法实现。 2. `Cart_Pole_Boxes.m`:用于模拟多个环境实例以进行并行训练或评估。 3. `get_box.m`:获取小车位置速度及摆杆角度角速度等状态信息。 4. `plot_Cart_Pole.m`:绘制系统动态图像,帮助可视化智能体表现和系统状态。 5. `plotcircle.m`:可能用于绘制理想垂直姿态下的圆表示摆杆。 6. `prob_push_right.m`:定义环境的推力概率分布等动态模型特性。 7. `Random_Pole_Cart.m`:生成随机初始条件,提供不同训练起始点。 在MATLAB中实现强化学习时,通常使用Q-learning、SARSA或更现代的方法如DQN(深度Q网络)和DDPG(深度确定性策略梯度)。这些方法能够从状态到动作的映射中学习并逐步优化智能体表现。 关键组成部分包括: - 状态空间:描述所有可能的状态组合,例如小车位置、速度及摆杆角度。 - 动作空间:包含所有可执行的操作,如向左或右推动小车。 - 奖励函数:定义在每个时间步给予的反馈机制,在保持直立时奖励正数,在倒下时惩罚负值。 - 策略:智能体选择动作的方式(确定性或随机)。 - 学习率与折扣因子:前者控制策略更新速度,后者影响对远期奖励考虑程度。 通过调整这些参数和算法,可以观察到智能体如何逐渐学会平衡小车。此外,理解并优化环境动态模型以及设计有效的奖励函数也是成功的关键因素之一。利用MATLAB强大的数值计算能力能够高效地模拟训练过程,并实现自动控制目标。
  • 基于多智能体的交通信号.pdf
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    本文探讨了利用多智能体强化学习技术来实现城市交通信号系统的智能化与优化控制。通过模拟和实验分析,提出了一种有效的算法模型以提高道路通行效率及减少车辆等待时间。 在城市交通环境中,准确预测交通流较为困难,因为多个交叉路口的存在使得预设的交通控制模型之间相互作用复杂且难以协调,在所有情况下都无法保持高性能的预测效果。鉴于强化学习具备自主学习的能力,本段落提出了一种基于多智能体强化学习的交通信号控制系统方法。该系统无需依赖预设控制模型,而是让协作代理根据实时交通状况自动学习最优控制策略。实验结果表明了这种方法的有效性和可行性。
  • 课程设计(基于
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    本课程旨在通过强化学习技术教授学生如何进行有效的控制系统设计。参与者将掌握从基础理论到实际应用的核心技能,为解决复杂工程问题打下坚实基础。 ### 强化学习与最优控制大作业资源描述简介 本资源提供关于强化学习与最优控制的大作业概述及基本要求,并包含相关资料和指导建议,旨在帮助学生深入理解并应用这些方法和技术。内容涵盖大作业的主题、目标、背景知识需求、实施步骤以及评估标准等。 #### 大作业主题和目标 - **确定应用场景**:选定一个具体的应用领域(如机器人控制、自动驾驶系统或资源分配问题)。 - **明确任务目的**:例如,设计最优控制器以解决特定优化挑战。 #### 背景知识要求 - 强化学习的基础概念及算法介绍(包括Q-learning和策略梯度方法等) - 最优控制理论的基本原理(如LQR、LQG技术) - 编程与仿真工具的初步掌握,例如Python、MATLAB或Simulink #### 大作业实施步骤 1. **系统建模及问题定义**:根据选定的应用场景进行详细描述。 2. **算法选择**:挑选合适的强化学习方法和最优控制策略。 3. **实验实现与仿真分析**: - 实现所选的算法并执行仿真实验; - 分析结果,评估性能。 #### 评估指标 - 性能标准(例如控制器稳定性、收敛速度及系统响应能力) - 技术复杂度:如计算资源需求和算法效率等 - 结果解释性与合理性 #### 参考资料推荐 包括但不限于强化学习和最优控制领域的教材、学术论文以及在线资源。
  • 可运行的Matlab代码:利用求解问题
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    本项目提供一套可在MATLAB环境下运行的代码,采用强化学习方法来解决各类系统的最优控制问题。通过智能算法迭代优化策略,实现对动态系统高效精准的控制效果。 强化学习是人工智能领域的一种算法,它通过与环境的互动来寻找最佳策略以最大化预期奖励。在最优控制问题上,由于能够自动优化系统性能且不需要预先掌握系统的精确模型,因此广泛使用了这种技术。 这个Matlab代码库旨在解决上述类型的问题。以下是实现强化学习所需的关键概念: 1. **Q-Learning**:这是一种无模型的表格型算法,在每次互动中更新状态-动作对下的未来奖励估计值(即Q值)。在该代码库内,会有一个用于存储和更新这些价值的Q表。 2. **SARSA**: 这种在线学习方法通过经历一系列的状态、行动、回报以及新的状态和新动作用于调整策略。每次互动后都会根据所获得的经验来更新模型。 3. **Deep Q-Network (DQN)**:当处理大量可能的状态或动作时,传统的Q-Learning变得不切实际。DQN引入了神经网络以近似计算出优化的行动值函数(即Q函数)。在Matlab代码中,将包含定义和训练这些神经网络的部分。 4. **策略梯度**: 这种方法直接通过修改模型参数来最大化期望回报,而不是先估算价值函数。这可能涉及到使用梯度上升的方法在Matlab代码库内进行操作。 5. **Actor-Critic算法**:结合了策略改进(actor)和价值评估(critic),这种技术不仅更新行动选择的策略而且也评价该策略的质量。Matlab中的实现会包括两个相互支持的学习模型,分别用于估计最佳政策与计算状态的价值函数。 6. **环境模拟器**: 为了进行强化学习实验需要一个能够根据当前状况及采取的动作反馈新的情况和奖励值的虚拟系统。代码库中可能会包含定义这种交互式系统的类或模块。 7. **经验回放缓冲区**: DQN和其他算法会将过去的经历存储在一个缓冲区内,用于随机抽样以训练模型,从而提高学习效率与稳定性。 8. **训练循环**:包括选择动作、执行行动、获得反馈以及更新模型等步骤的反复迭代过程。这些在Matlab代码库中都有相应的实现部分。 9. **目标网络**: 在DQN框架下使用一个稳定版本的目标值来防止快速变化的学习过程中可能出现的问题,即Q值不稳定。这会涉及到定期复制和调整这个辅助性的目标网络以确保学习稳定性。 10. **超参数调优**:包括如学习速率、探索率(ε-greedy策略)等的设置需要根据具体的应用场景进行精确调节。在代码库中会有设定这些参数并可能包含优化指导方针的部分。 总的来说,该Matlab代码库提供了一个用于通过强化学习解决最优控制问题的基础框架,并且包含了上述技术中的一个或多个方面。用户能够观察到算法如何经过不断的尝试与错误过程来找到最佳的控制系统策略,并将其应用于实际场景中。对于希望研究和理解在优化领域应用强化学习的人来说,这是一个非常有价值的资源。
  • 《十个关键点》——的精华总结【含81页PPT汇总】.pdf
    优质
    本资料深入浅出地提炼了强化学习和最优控制领域的核心概念,涵盖十个关键知识点,并附有全面详实的81页PPT内容,适合科研人员及学生参考学习。 本实验室专注于深度强化学习领域,分享内容涵盖深度强化学习环境、理论推导与算法实现、前沿技术及论文解读、开源项目、应用场景以及业界资讯等方面,并包括基础数学、经典控制、博弈论等交叉学科知识。 我们还准备了一份《十个关键点》的81页PPT汇总,全面介绍强化学习和最优控制的重要概念和技术。
  • 路径搜索的算法
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    简介:本文提出了一种基于强化学习的创新算法,专门用于解决复杂环境下的最优路径搜索问题,展示了在动态和不确定条件下的高效性和适应性。 通过使用强化学习算法来寻找最短路径,确定起点与终点,并设置路径权重以完成路径规划。
  • MATLAB程序-无约束_atlas_matlab__matlab_
    优质
    本资源专注于使用MATLAB进行无约束优化与最优控制问题求解,提供详尽的代码示例和理论指导,适合科研人员及工程技术人员深入学习。 最优控制是控制理论的重要分支之一,它关注如何在满足特定约束条件下设计控制器以使系统性能指标达到最佳状态。MATLAB作为一款强大的数值计算与仿真工具,在实现最优控制算法方面表现出色。 该压缩包可能包含了关于最优控制的多个MATLAB编程实例及图解资料,对学习和理解相关理论非常有帮助。吴受章教授所著《最优控制理论与应用》一书在国内享有盛誉,其内容深入浅出且易于实践。书中配套的MATLAB程序集很可能涵盖了各种最优控制问题解决方案,包括动态规划、Lagrange乘子法及Pontryagin最小原则等。 动态规划是一种解决多阶段决策过程最优化的方法,由Bellman提出的方程是该方法的基础。在MATLAB中,通过建立状态转移矩阵和目标函数可以求解此类问题。 使用Lagrange乘子法则处理带约束的最优控制问题时非常常见,在优化问题中引入拉格朗日乘子来解决这些条件。MATLAB中的优化工具箱能够方便地实现这一过程。 Pontryagin最小原则是另一项核心理论,它从系统的Hamiltonian函数出发寻找最优控制策略的方法。在MATLAB环境中,通过构建该函数并求解临界点可以找到最佳输入值。 压缩包内的图集可能展示了这些控制策略的可视化效果,包括轨迹优化和性能指标变化等数据。这对于直观理解最优控制过程及结果至关重要。 此资源有助于学习者深入掌握最优控制的基本概念,并在MATLAB环境中实现各种算法并进行验证与分析。实际应用中,该领域广泛应用于航空航天、自动控制以及机械工程等行业,因此对于从事相关工作的专业人士来说非常重要。通过实践这些程序可以提升理论知识和解决具体问题的能力。