강화학습 개념 및 산업현장의 적용사례

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CHAPTER 1 왜 강화 학습인가? 1.1 왜 지금 강화 학습이 필요한가? 1.2 기계 학습 1.3 강화 학습 1.3.1 언제 강화 학습을 사용해야 할까? 1.3.2 강화 학습을 적용한 어플리케이션 1.4 RL 접근 방식의 분류 1.4.1 Model-Free or Model-based 1.4.2 에이전트가 전략을 사용하고 업데이트하는 방법 1.4.3 이산(Discrete) 혹은 연속(Continuous) 행동 1.4.4 최적화 방법 1.4.5 정책 평가와 개선 1.5 강화 학습의 기본 개념 1.5.1 첫 번째 강화 학습 알고리즘 1.5.2 RL은 ML과 동일합니까? 1.5.3 보상과 피드백 1.6 학문으로서의 강화학습 1.7 요약 1.8 추가 자료 Reference CHAPTER 2 마르코프 결정 프로세스 , 동적 프로그래밍과 몬테카를로 방법 2.1 Multi-Arm Bandit 테스트하기 2.1.1 보상 엔지니어링 2.1.2 정책 평가: 가치 함수 2.1.3 정책 개선: 최고 행동 선택 2.1.4 시뮬레이션 환경 2.1.5 실험 실행 2.1.6 ε-greedy 알고리즘 개선하기 2.2 마르코프 의사 결정 프로세스(Markov Decision Process) 2.2.1 제고 관리 2.2.2 제고 관리 시뮬레이션 2.3 정책과 가치 함수 2.3.1 감가된 보상 2.3.2 상태-가치 함수로 보상 예측 2.3.3 행동-가치 함수로 보상 예측하기 2.3.4 최적의 정책 2.4 몬테카를로 정책 생성 2.5 동적 프로그래밍을 사용한 가치 반복 2.5.1 가치 반복 구현 2.5.2 가치 반복 결과 2.6 요약 2.7 추가 자료 Reference CHAPTER 3 시간차 학습, Q-learning 및 ？-스텝 알고리즘 3.1 시간차 학습의 정의 3.2 Q-러닝(Q-learning) 3.3 SARSA 3.4 Q-러닝과 SARSA 비교 3.5 연구 사례: 어플리케이션 컨테이너 자동 확장을 통한 비용 절감 3.6 산업 적용 사례: 광고 실시간 입찰 3.6.1 MDP 정의 3.6.2 실시간 입찰 환경의 결과 3.6.3 추가 개선 사항 3.7 Q-러닝의 확장 3.7.1 더블 Q-러닝(Double Q-learning) 3.7.2 지연 Q-러닝(Delayed Q-learning) 3.7.3 표준, 더블, 지연 Q-러닝 비교 3.7.4 대립학습(Opposition Learning) 3.8 n-스텝(n-Step) 알고리즘 3.9 그리드 환경에서 ？-스텝 알고리즘 3.10 타당성 추적(eligibility traces) 3.11 타당성 추적의 확장 3.11.1 Watkins’s Q(λ) 3.11.2 Fuzzy wipes in Watkins’s Q(λ) 3.11.3 빠른 Q-러닝(Speedy Q-Learning) 3.11.4 타당성 추적의 저장과 대체 3.12 요약 3.13 추가 자료 Reference CHAPTER 4 심층 Q-네트워크(Deep Q-Networks, DQN) 4.1 딥러닝 구조 4.1.1 딥러닝의 기본적인 구조 4.1.2 많이 사용하는 신경망 구조 4.1.3 딥러닝 프레임워크 4.1.4 심층 강화학습 4.2 심층 Q-러닝(Deep Q-Learning) 4.2.1 경험 재생(Experience Replay) 4.2.2 Q-네트워크 복제 4.2.3 뉴럴 네트워크 구조 4.2.4 DQN 구현 4.2.5 예제: CartPole 환경에서 DQN 4.2.6 연구 사례: 빌딩의 에너지 사용 감소 4.3 Rainbow DQN 4.3.1 분산 강화학습(Distributional RL) 4.3.2 우선 순위 기반 경험 재생(Prioritized Experience Replay, PER) 4.3.3 노이지 네트(Noisy Nets) 4.3.4 듀얼링 네트워크(Dueling Networks) 4.4 예제: Rainbow DQN의 Atrai Games 적용 4.4.1 결과 4.4.2 추가로 논의할 부분 4.5 다른 DQN 구현 4.5.1 탐험 개선 4.5.2 보상 개선 4.5.3 오프라인 데이터로 학습하기 4.6 요약 4.7 추가 자료 Reference CHAPTER 5 정책 기울기 메소드 5.1 정책 직접 학습의 장점 5.2 정책의 기울기를 계산하는 방법 5.3 정책 기울기(Policy Gradient) 이론 5.4 정책 함수(Policy Functions) 5.4.1 선형적인 정책(Linear Policies) 5.4.2 임의의 정책(Arbitrary Policies) 5.5 기본 구현(Basic Implementations) 5.5.1 몬테 카를로(REINFORCE) 5.5.2 베이스라인을 가진 REINFORCE 5.5.3 기울기 분산 감소 5.5.4 ？-스텝 액터-크리틱과 이득 액터-크리틱(Advantage Actor-Critic, A2C) 5.5.5 액터-크리틱의 타당성 추적(Eligibility Traces) 5.5.6 기본 정책 기울기 알고리즘 비교 5.6 산업 적용 사례: 소비자를 위한 자동 물품 구매 5.6.1 환경: Gym-Shopping-Cart 5.6.2 기대치 5.6.3 Shopping Cart 환경의 결과 5.7 요약 5.8 참고 자료 Reference CHAPTER 6 정책 기울기를 넘어 6.1 Off-Policy 알고리즘 6.1.1 중요도 샘플링(Importance Sampling) 6.1.2 행동과 타켓 정책 6.1.3 Off-Policy Q-러닝 6.1.4 기울기 시간차(Gradient Temporal-Difference, GTD) 학습 6.1.5 탐욕적-GQ 6.1.6 Off-Policy 액터-크리틱 6.2 결정론적 정책 기울기 6.2.1 결정론적 정책 기울기 6.2.2 심층 결정론적 정책 기울기(Deep Deterministic Policy Gradients, DDPG) 6.2.3 이중 지연된 심층 결정론적 정책 기울기(Twin Delayed DDPG, TD3) 6.2.4 연구 사례: 리뷰를 활용한 추천 6.2.5 DPG의 개선 6.3 신뢰 영역 방법(Trust Region Methods) 6.3.1 쿨백-라이블러(Kullback Leibler, KL) 발산 6.3.2 자연 정책 기울기(Natural Policy Gradients)와 신뢰 영역 정책 최적화(Trust Region Policy Optimization) 6.3.3 근접 정책 최적화(Proximal Policy Optimization, PPO) 6.4 예제: 실제 환경에서 원하는 곳에 도달하기 위한 서보 모터 활용하기 6.4.1 환경 설정 6.4.2 강화학습 알고리즘 구현 6.4.3 알고리즘의 복잡성 증가시키기 6.4.4 시뮬레이션에서 하이퍼파라미터 조정 6.4.5 정책들의 결과 6.5 그 밖의 다른 정책 기울기 알고리즘들 6.5.1 리트레이스(λ) 6.5.2 경험 재생 액터-크리틱(Actor-Critic with Experience Replay, ACER) 6.5.3 Kronecker-Factored 신뢰 영역을 활용한 액터 크리틱(Actor-Critic Using Kronecker-Factored Trust Regions, ACKTR) 6.5.4 강조적 방법 6.6 정책 기울기 알고리즘들의 확장 6.6.1 정책 기울기 알고리즘들의 분위수 회귀(Quantile Regression in Policy Gradient Algorithms) 6.7 요약 6.7.1 어떤 알고리즘을 사용해야 할까? 6.7.2 비동기적 방법 6.8 참고 문헌 Reference CHAPTER 7 엔트로피 방법과 연관된 정책 모두 배우기 7.1 엔트로피(Entropy)란 무엇일까? 7.2 최대 엔트로피 강화학습 7.3 소프트 액터-크리틱(Soft Actor-Critic, SAC) 7.3.1 SAC 구현 세부사항과 이산 행동 공간 7.3.2 자동 온도 매개변수 조정 7.3.3 연구 사례: 자동화된 교통 관리를 통한 대기 줄 감소 7.4 최대 엔트로피 방법들의 확장 7.4.1 다른 엔트로피 측정 방법들(그리고 앙상블) 7.4.2 더블 Q-러닝의 상한값을 사용한 낙관적 탐험(Optimistic Exploration) 7.4.3 경험 재생(Experience Replay)의 조정 7.4.4 부드러운 정책 기울기 7.4.5 부드러운 Q-러닝(Soft Q-Learning)과 그 유도 7.4.6 경로 일관성 학습(Path Consistency Learning) 7.5 성능 비교: SAC vs PPO 7.6 어떻게 엔트로피가 탐험을 장려시킬까? 7.6.1 온도 매개변수는 탐험을 어떻게 변화시킬까? 7.7 산업 적용 사례: 원격 차 운전 배우기 7.7.1 문제 정의 7.7.2 훈련 시간 최소화 7.7.3 극적인 행동들 7.7.4 하이퍼파라미터 탐색 7.7.5 최종 정책 7.7.6 추가적 개선 사항 7.8 요약 7.8.1 정책 기울기와 부드러운 Q-러닝 간의 등가성 7.8.2 이것이 미래에 의미하는 바는? 7.8.3 이것이 현재에 의미하는 바는? Reference CHAPTER 8 에이전트 학습 방법 개선 8.1 MDP에 대한 재고 8.1.1 부분적으로 관찰 가능한 마르코프 결정 프로세스(Partially Observable Markov Decision Process, POMDP) 8.1.2 연구 사례: 자율주행차에서 POMDP 사용 8.1.3 상황별 마르코프 의사 결정 프로세스 8.1.4 변경 행동이 있는 MDP 8.1.5 정규화된 MDP 8.2 계층적 강화 학습(Hierarchical Reinforcement Learning) 8.2.1 Naive 계층적 강화 학습 8.2.2 내재적 보상이 있는 고-저 수준 계층 구조(HIRO) 8.2.3 학습 기술 및 비지도 RL 8.2.4 HRL에서 기술 사용하기 8.2.5 HRL 결론 8.3 다중 에이전트 강화 학습(Multi-Agent Reinforcement Learning) 8.3.1 MARL 프레임워크 8.3.2 중앙집중식 혹은 비중앙집중식 8.3.3 단일 에이전트 알고리즘 8.3.4 연구 사례 : UAV에서 싱글 에이전트 분산 학습 사용 8.3.5 중앙 집중식 훈련, 비 중앙 집중식(분산) 실행 8.3.6 비중앙 집중식(분산/탈중앙식) 학습 8.3.7 다른 조합 방법 8.3.8 MARL의 과제 8.3.9 MARL의 결론 8.4 전문가의 가이드 8.4.1 행동 복제 8.4.2 모방 RL 8.4.3 Inverse RL 8.4.4 커리큘럼 RL 8.5 새로운 패러다임 8.5.1 메타 학습(Meta-Learning) 8.5.2 전이 학습(Transfer Learning) 8.6 요약 8.7 추가 자료 Reference CHAPTER 9 실용적인 강화 학습 9.1 RL 프로젝트 라이프 사이클 9.1.1 라이프 사이클 정의 9.2 문제 정의: RL 프로젝트란 무엇입니까? 9.2.1 순차적인 RL 문제들 9.2.2 전략적인 RL 문제들 9.2.3 저수준 RL 지표 9.2.4 학습의 종류 9.3 RL 공학 및 개선 9.3.1 프로세스(과정) 9.3.2 환경 공학 9.3.3 상태 공학 또는 상태 표현 학습 9.3.4 정책 공학 9.3.5 행동 공간에 정책 매핑 9.3.6 탐험 9.3.7 보상 엔지니어링(Reward Engineering) 9.4 요약 9.5 추가 자료 Reference CHAPTER 10 운영 강화 학습(Operational Reinforcement Learning) 10.1 구현 10.1.1 프레임워크 10.1.2 스케일링 RL 10.1.3 평가 10.2 배치 10.2.1 목표 10.2.2 아키텍쳐 10.2.3 보조 도구 10.2.4 안전성, 보안성, 윤리 10.3 요약 10.4 추가 자료 Reference CHAPTER 11 결론과 미래 11.1 팁과 속임수 11.1.1 문제 프레이밍 11.1.2 당신의 데이터 11.1.3 훈련 11.1.4 평가 11.1.5 배포 11.2 디버깅 11.2.1 ${ALGORITHM_NAME} Can’t Solve ${ENVIRONMENT}! 11.2.2 디버깅을 위한 모니터링 11.3 강화 학습의 미래 11.3.1 강화 학습의 시장성 11.3.2 미래의 강화학습과 연구 방향 11.4 끝 맺음 11.4.1 다음 단계 11.4.2 이제는 당신의 차례 11.5 추가 자료 Reference