Real-Time Reinforcement Learning

Abstract

Les processus de décision markovien (MDP), le cadre mathématiques sous-jacent à la plupart des algorithmes de l'apprentissage par renforcement (RL) est souvent utilisé d'une manière qui suppose, à tort, que l'état de l'environnement d'un agent ne change pas pendant la sélection des actions. Puisque les systèmes RL basés sur les MDP classiques commencent à être appliqués dans les situations critiques pour la sécurité du monde réel, ce décalage entre les hypothèses sous-jacentes aux MDP classiques et la réalité du calcul en temps réel peut entraîner des résultats indésirables. Dans cette thèse, nous introduirons un nouveau cadre dans lequel les états et les actions évoluent simultanément, nous montrerons comment il est lié à la formulation MDP classique. Nous analyserons des algorithmes existants selon la nouvelle formulation en temps réel et montrerons pourquoi ils sont inférieurs, lorsqu'ils sont utilisés en temps réel. Par la suite, nous utiliserons ces perspectives pour créer un nouveau algorithme Real-Time Actor Critic qui est supérieur au Soft Actor Critic contrôle continu de l'état de l'art actuel, aussi bien en temps réel qu'en temps non réel.

Markov Decision Processes (MDPs), the mathematical framework underlying most algorithms in Reinforcement Learning (RL), are often used in a way that wrongfully assumes that the state of an agent's environment does not change during action selection. As RL systems based on MDPs begin to find application in real-world safety critical situations, this mismatch between the assumptions underlying classical MDPs and the reality of real-time computation may lead to undesirable outcomes. In this thesis, we introduce a new framework, in which states and actions evolve simultaneously, we show how it is related to the classical MDP formulation. We analyze existing algorithms under the new real-time formulation and show why they are suboptimal when used in real-time. We then use those insights to create a new algorithm, Real-Time Actor Critic (RTAC) that outperforms the existing state-of-the-art continuous control algorithm Soft Actor Critic both in real-time and non-real-time settings.