改进DDPG算法在自动驾驶中的应用

深度确定性策略梯度算法（Deep Deterministic Policy Gradient，DDPG）作为深度强化学习中的经典算法，在连续控制问题上有着较大的优势，被应用于自动驾驶领域。针对DDPG缺少策略动作过滤导致的非法策略比例较高引起的训练效率低、收敛速度慢等问题，提出基于失败经验纠错的深度确定性策略梯度算法。通过分离经验缓存池，根据驾驶表现选择失败数据训练，并将策略网络单输出转化为油门和刹车控制量，通过正态分布噪声改善探索策略。TORCS平台仿真实验表明，所提算法相对于DDPG算法与DQN（Deep Q-learning Network）算法，训练效率明显提升，非法驾驶策略降低为0。     

基于改进DDPG算法的复杂环境下AGV路径规划方法研究

为了提高AGV(automatic guided vehicle)在复杂未知环境下的搜索能力,提出了一种改进的深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient, DDPG)算法。该算法通过构建经验回放矩阵和双层网络结构提高算法的收敛速度,并将波尔兹曼引入到ε-greedy搜索策略中,解决了AGV在选择最优动作时的局部最优问题;针对深度神经网络训练速度缓慢的问题,将优先级采样应用于深度确定性策略梯度算法中;为解决普通优先级采样复杂度过高的问题,提出了利用小批量优先采样方法训练网络。为了验证方法的有效性,通过栅格法建模并在不同的复杂环境下进行仿真实验对比,比较了不同算法的损失函数、迭代次数和回报值。实验结果表明,所提改进算法与原算法相比损失函数减小、迭代次数减少、回报值增加,验证了算法的有效性,同时为AGV在复杂环境下能够更加安全且快速地完成规划任务提供了新的思路。     

基于多动作并行异步深度确定性策略梯度的选矿运行指标决策方法

为了解决深度确定性策略梯度算法探索能力不足的问题,提出一种多动作并行异步深度确定性策略梯度(MPADDPG)算法,并用于选矿运行指标强化学习决策.该算法使用多个actor网络,进行不同的初始化和训练,不同程度地提升了探索能力,同时通过扩展具有确定性策略梯度结构的评论家体系,揭示了探索与利用之间的关系.该算法使用多个DDPG代替单一DDPG,可以减轻一个DDPG性能不佳的影响,提高学习稳定性;同时通过使用并行异步结构,提高数据利用效率,加快了网络收敛速度;最后, actor通过影响critic的更新而得到更好的策略梯度.通过选矿过程运行指标决策的实验结果验证了所提出算法的有效性.     

采用DDPG的双足机器人自学习步态规划方法

为解决多自由度双足机器人步行控制中高维非线性规划难题,挖掘不确定环境下双足机器人自主运动潜力,提出了一种改进的基于深度确定性策略梯度算法（DDPG）的双足机器人步态规划方案。把双足机器人多关节自由度控制问题转化为非线性函数的多目标优化求解问题,采用DDPG算法来求解。为解决全局逼近网络求解过程收敛慢的问题,采用径向基（RBF）神经网络进行非线性函数值的计算,并采用梯度下降算法更新神经网络权值,采用SumTree来筛选优质样本。通过ROS、Gazebo、Tensorflow的联合仿真平台对双足机器人进行了模拟学习训练。经数据仿真验证,改进后的DDPG算法平均达到最大累积奖励的时间提前了45.7%,成功率也提升了8.9%,且经训练后的关节姿态角度具有更好的平滑度。     

基于深度强化学习的二连杆机械臂运动控制方法

针对二连杆机械臂的运动控制问题,提出了一种基于深度强化学习的控制方法。首先,搭建机械臂仿真环境,包括二连杆机械臂、目标物与障碍物;然后,根据环境模型的目标设置、状态变量和奖罚机制来建立三种深度强化学习模型进行训练,最后实现二连杆机械臂的运动控制。对比分析所提出的三种模型后,选择深度确定性策略梯度（DDPG）算法进行进一步研究来改进其适用性,从而缩短机械臂模型的调试时间,顺利避开障碍物到达目标。实验结果表明,所提深度强化学习方法能够有效控制二连杆机械臂的运动,改进后的DDPG算法控制模型的收敛速度提升了两倍并且收敛后的稳定性增强。相较于传统控制方法,所提深度强化学习控制方法效率更高,适用性更强。     

深度强化学习算法在智能军事决策中的应用

深度强化学习算法能够很好地实现离散化的决策行为,但是难以运用于高度复杂且行为连续的现代战场环境,同时多智能体环境下算法难以收敛。针对这些问题,提出了一种改进的深度确定策略梯度（DDPG）算法,该算法引入了基于优先级的经验重放技术和单训练模式,以提高算法收敛速度;同时算法中还设计了一种混合双噪声的探索策略,从而实现复杂且连续的军事决策控制行为。采用Unity开发了基于改进DDPG算法的智能军事决策仿真平台,搭建了蓝军步兵进攻红军军事基地的仿真环境,模拟多智能体的作战训练。实验结果显示,该算法能够驱动多作战智能体完成战术机动,实现绕过障碍物抵达优势区域进行射击等战术行为,算法拥有更快的收敛速度和更好的稳定性,可得到更高的回合奖励,达到了提高智能军事决策效率的目的。     

RVO-DDPG算法在多UAV集结航路规划的应用

针对传统智能优化算法处理不确定复杂环境下多UAV集结航路规划存在计算量大、耗时长的问题,提出了一种基于互惠速度障碍法（reciprocal velocity obstacle,RVO）的深度确定性策略梯度（deep deterministic policy gradient,DDPG）算法。引入互惠速度障碍法指导UAV对不确定环境内障碍进行避碰,有效提高了目标actor网络的收敛速度,增强了算法的学习效率。设计了一种基于综合代价的奖励函数,将多UAV航路规划中的多目标优化问题转化为DDPG算法的奖励函数设计问题,该设计有效解决了传统DDPG算法易产生局部最优解的问题。基于Pycharm软件平台通过仿真验证了该算法的性能,并与多种算法进行对比。仿真实验表明,RVO-DDPG算法具有更快的决策速度和更好的实用性。     

改进TD3算法在四旋翼无人机避障中的应用

为了提高无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）系统的智能避障性能,提出了一种基于双延迟深度确定性策略梯度（Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient,TD3）的改进算法（Improved Twin Delayed Deep Deterministic Policy Gradient,I-TD3）。该算法通过设置两个经验缓存池分离成功飞行经验和失败飞行经验,并根据两个经验缓存池的不同使用目的分别结合优先经验回放（Prioritized Experience Replay）方法和经验回放（Experience Replay）方法,提高有效经验的采样效率,缓解因无效经验过高导致的训练效率低问题。改进奖励函数,解决因奖励设置不合理导致的训练效果差问题。在AirSim平台上实现仿真实验,结果表明在四旋翼无人机的避障问题上,I-TD3算法的避障效果优于TD3算法和深度确定性策略梯度（Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG）算法。     

基于局部策略交互探索的深度确定性策略梯度的工业过程控制方法

为了实现对非线性、滞后性和强耦合的工业过程稳定精确的控制,提出了一种基于局部策略交互探索的深度确定性策略梯度（LPIE-DDPG）的控制方法用于深度强化学习的连续控制。首先,使用深度确定性策略梯度（DDPG）算法作为控制策略,从而极大地减小控制过程中的超调和振荡现象;同时,使用原控制器的控制策略作为局部策略进行搜索,并以交互探索规则进行学习,提高了学习效率和学习稳定性;最后,在Gym框架下搭建青霉素发酵过程仿真平台并进行实验。仿真结果表明,相较于DDPG,LPIE-DDPG在收敛效率上提升了27.3%;相较于比例-积分-微分（PID）,LPIE-DDPG在温度控制效果上有更少的超调和振荡现象,在产量上青霉素浓度提高了3.8%。可见所提方法能有效提升训练效率,同时提高工业过程控制的稳定性。     

基于深度确定性策略梯度的智能车汇流模型

采用离散动作空间描述速度变化的智能车汇流模型不能满足实际车流汇入场景的应用要求,而深度确定性策略梯度(DDPG)结合策略梯度和函数近似方法,采用与深度Q网络(DQN)相同的网络结构,并使用连续动作空间对问题进行描述,更适合描述智能车速度变化。为此,提出一种基于DDPG算法的智能车汇流模型,将汇流问题转化为序列决策问题进行求解。实验结果表明,与基于DQN的模型相比,该模型的收敛速度较快,稳定性和成功率较高,更适合智能车汇入车辆场景的应用。     

批量减数更新方差缩减梯度下降算法BSUG

机器学习问题通常会转换成求解一个目标函数问题。继随机梯度下降（Stochastic Gradient Descent,SGD）之后,随机方差缩减梯度法（Stochastic Variance Reduction Gradient,SVRG）成为如今优化目标函数参数的主流算法,它由于不受方差影响达到线性收敛而被人们广泛研究。它的提出导致陆续出现如SAGA（Stochastic Average Gradient Average）和SCSG（Stochastically Controlled Stochastic Gradient）等新型方差缩减算法,它们有着过量消耗内存、迭代缓慢等问题。为了实现小成本存储以及快速迭代的目的,设计了一种以SVRG为基础的新型变异方差缩减算法BSUG（Batch Subtraction Update Gradient）。改进在于：使用小批量样本代替全部样本进行平均梯度计算,同时对平均梯度进行减数更新。每轮迭代中,随机抽取一批小样本进行平均梯度计算,同时在内部迭代时通过对过去模型梯度的舍去来达到更新平均梯度的目的。通过合适地降低批大小[B],可以减少内存存储以及迭代次数。理论分析算法的收敛性,并基于Python进行算法实现,通过与Mini-Batch SGD、AdaGrad、RMSProp、SVRG和SCSG等算法进行比较证明了BSUG算法的有效性,并且通过对超参数进行探究证明了算法的稳定性。     

A-DDPG：多用户边缘计算系统的卸载研究

为了降低多边缘服务器多用户系统中用户的总成本,结合深度确定性策略梯度（deep deterministic policy gradient,DDPG）、长短期记忆网络（LSTM）和注意力机制,提出了一种基于DDPG的深度强化学习卸载算法（A-DDPG）。该算法采用二进制卸载策略,并且将任务的延迟敏感性和服务器负载的有限性以及任务迁移考虑在内,自适应地卸载任务,以最大限度减少由延迟敏感型任务超时造成的总损失。考虑时延和能耗两个指标并设定了不同的权重值,解决因用户类型不同带来的不公平问题,制定了任务卸载问题以最小化所有任务完成时延和能量消耗的总成本,以目标服务器的选择和数据卸载量为学习目标。实验结果表明,A-DDPG算法具有良好的稳定性和收敛性,与DDPG算法和双延迟深度确定性策略梯度（twin delayed deep deterministic policy gradient,TD3）算法相比,A-DDPG算法的用户总成本分别降低了27%和26.66%,平均达到最优任务失败率的时间分别提前了57.14%和40%,其在奖励、总成本和任务失败率方面取得了较好的效果。     

基于免疫遗传算法和梯度下降的RBF网组合训练方法

免疫遗传算法除了具有简单遗传算法的全局寻优能力外,还具有免疫记忆、免疫调节及多样性保持功能。梯度下降算法训练神经网络收敛速度慢,容易陷入局部最优,且受初始值的影响较大。本文综合两种方法的优点,提出一种用免疫遗传算法结合梯度下降算法的组合训练方法,用于RBF网的训练,并通过实验证明所提出的组合算法比简单遗传算法结合梯度下降组合算法的速度更快并且最终误差更小。     

改进的核可能性C-均值聚类算法研究

提出了一种改进的核可能性C-均值聚类算法,它是对PCM聚类模型的推广。通过限制PCM聚类模型中解的可行域,利用全局优化技术（以模拟退火（SA）为例）来求解,使其保持了PCM对噪声鲁棒的优点,又避免了重合聚类的产生,且能较好地找到问题的全局最优解,减少了全局优化方法的搜索范围,加快了收敛速度。