Aprendizaje por refuerzo para la toma de decisiones seguras en dominios con espacios de estados y acciones continuos

Resumo

Los problemas de decisión constituyen uno de los campos m as fértiles para la aplicación de t ecnicas de Inteligencia Artificial (IA). Entre todas ellas, el Aprendizaje por Refuerzo ha surgido como un marco útil para el aprendizaje de políticas de comportamiento para la toma de decisiones a partir de la experiencia generada en entornos dinámicos y complejos. En Aprendizaje por Refuerzo, el agente interacciona con el entorno y una función de refuerzo se encarga de indicarle si está haciendo bien o mal la tarea que está aprendiendo. Gran parte del Aprendizaje por Refuerzo se fundamenta en las funciones de valor que proporcionan información acerca de la utilidad de encontrarse en un estado durante un proceso de toma de decisiones, o acerca de la utilidad de tomar una acción en un estado. Cuando se afrontan problemas donde los espacios de estados y acciones es muy grande o incluso continuo, la tradicional representación tabular de la función de valor no es práctica debido al alto coste que exigirá su almacenamiento y su cálculo. En estos casos, es necesaria la aplicación de técnicas de generalización que permitan obtener representaciones más compactas tanto del espacio de estados como del de acciones, de forma que se puedan aplicar eficientemente las técnicas de Aprendizaje por Refuerzo. Además de los espacios de estados y acciones continuos, otro problema importante al que debe hacer frente el Aprendizaje por Refuerzo es minimizar el n umero de daños (por colisiones, caídas) que se pueden ocasionar en el agente o en el sistema durante el proceso de aprendizaje (e.g., en una tarea donde se trata de aprender a volar un helicóptero, éste puede acabar chocando; cuando se trata de enseñar a andar a un robot, éste puede caerse). En esta Tesis se plantean dos grandes objetivos. El primero es c omo afrontar problemas donde los espacios de estados y acciones son de naturaleza continua (por tanto infinito) y de grandes dimensiones. Una de las opciones se centra en las técnicas de generalización basadas en la discretización. En esta Tesis se desarrollan algoritmos que combinan con éxito el uso de aproximación de funciones y técnicas de discretización, tratando de aprovechar las ventajas que ofrecen ambas técnicas. El segundo objetivo que se plantea para esta Tesis es minimizar el n umero de daños que sufre el agente o el sistema durante el proceso de aprendizaje en problemas totalmente continuos y de grandes dimensiones. En esta Tesis se da una nueva definición del concepto de riesgo, que permite identificar estados donde el agente es más propenso a sufrir algún tipo de daño. La consecución de los objetivos planteados implicará además investigar sobre la utilización de comportamientos base o expertos subóptimos que permitirán aportar conocimiento sobre la tarea que se trata de aprender, necesario cuando se abordan problemas complejos de grandes dimensiones y donde, además, el agente puede sufrir daños.