Q-learning is a recent reinforcement learning algorithm that does not need a modeling of environment and it is a suitable approach to learn behaviors for autonomous agents. But when it is applied to multi-agent learning with many I/O states, it is usually too complex and slow. To overcome this problem in the multi-agent learning system, we propose the successive Q-learning algorithm. Successive Q-learning algorithm divides state-action pairs, which agents can have, into several Q-functions, so it can reduce complexity and calculation amounts. This algorithm is suitable for multi-agent learning in a dynamically changing environment. The proposed successive Q-learning algorithm is applied to the prey-predator problem with the one-prey and two-predators, and its effectiveness is verified from the efficient avoidance ability of the prey agent.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.10
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pp.2376-2394
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2013
In order to ensure both of the whole system capacity and users QoS requirements in heterogeneous wireless networks, admission control mechanism should be well designed. In this paper, Multi-agent Q-learning based Admission Control Mechanism (MQACM) is proposed to handle new and handoff call access problems appropriately. MQACM obtains the optimal decision policy by using an improved form of single-agent Q-learning method, Multi-agent Q-learning (MQ) method. MQ method is creatively introduced to solve the admission control problem in heterogeneous wireless networks in this paper. In addition, different priorities are allocated to multiple services aiming to make MQACM perform even well in congested network scenarios. It can be observed from both analysis and simulation results that our proposed method not only outperforms existing schemes with enhanced call blocking probability and handoff dropping probability performance, but also has better network universality and stability than other schemes.
In this paper, we present the Q-learning method for adaptive traffic signal control on the basis of multi-agent technology. The structure is composed of sixphase agents and one intersection agent. Wireless communication network provides the possibility of the cooperation of agents. As one kind of reinforcement learning, Q-learning is adopted as the algorithm of the control mechanism, which can acquire optical control strategies from delayed reward; furthermore, we adopt dynamic learning method instead of static method, which is more practical. Simulation result indicates that it is more effective than traditional signal system.
A multi-agent system has a longer learning period and larger state-spaces than a sin91e agent system. In this paper, we suggest a new method to reduce the learning time of Nash Q-learning in a multi-agent environment. We apply Macro-actions to Nash Q-learning to improve the teaming speed. In the Nash Q-teaming scheme, when agents select actions, rewards are accumulated like Macro-actions. In the experiments, we compare Nash Q-learning using Macro-actions with general Nash Q-learning. First, we observed how many times the agents achieve their goals. The results of this experiment show that agents using Nash Q-learning and 4 Macro-actions have 9.46% better performance than Nash Q-learning using only 4 primitive actions. Second, when agents use Macro-actions, Q-values are accumulated 2.6 times more. Finally, agents using Macro-actions select less actions about 44%. As a result, agents select fewer actions and Macro-actions improve the Q-value's update. It the agents' learning speeds improve.
The robot soccer simulation game is a dynamic multi-agent environment. In this paper we suggest a new reinforcement learning approach to each agent´s dynamic positioning in such dynamic environment. Reinforcement learning is the machine learning in which an agent learns from indirect, delayed reward an optimal policy to choose sequences of actions that produce the greatest cumulative reward. Therefore the reinforcement learning is different from supervised learning in the sense that there is no presentation of input-output pairs as training examples. Furthermore, model-free reinforcement learning algorithms like Q-learning do not require defining or learning any models of the surrounding environment. Nevertheless ...
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.23
no.2
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pp.29-36
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2023
Reinforcement learning (RL) is widely applied to various engineering fields. Especially, RL has shown successful performance for control problems, such as vehicles, robotics, and active structural control system. However, little research on application of RL to optimal structural design has conducted to date. In this study, the possibility of application of RL to structural design of reinforced concrete (RC) beam was investigated. The example of RC beam structural design problem introduced in previous study was used for comparative study. Deep q-network (DQN) is a famous RL algorithm presenting good performance in the discrete action space and thus it was used in this study. The action of DQN agent is required to represent design variables of RC beam. However, the number of design variables of RC beam is too many to represent by the action of conventional DQN. To solve this problem, multi-agent DQN was used in this study. For more effective reinforcement learning process, DDQN (Double Q-Learning) that is an advanced version of a conventional DQN was employed. The multi-agent of DDQN was trained for optimal structural design of RC beam to satisfy American Concrete Institute (318) without any hand-labeled dataset. Five agents of DDQN provides actions for beam with, beam depth, main rebar size, number of main rebar, and shear stirrup size, respectively. Five agents of DDQN were trained for 10,000 episodes and the performance of the multi-agent of DDQN was evaluated with 100 test design cases. This study shows that the multi-agent DDQN algorithm can provide successfully structural design results of RC beam.
The robot soccer simulation game is a dynamic multi-agent environment. In this paper we suggest a new reinforcement learning approach to each agent's dynamic positioning in such dynamic environment. Reinforcement learning is the machine learning in which an agent learns from indirect, delayed reward an optimal policy to choose sequences of actions that produce the greatest cumulative reward. Therefore the reinforcement learning is different from supervised learning in the sense that there is no presentation of input-output pairs as training examples. Furthermore, model-free reinforcement learning algorithms like Q-learning do not require defining or learning any models of the surrounding environment. Nevertheless these algorithms can learn the optimal policy if the agent can visit every state-action pair infinitely. However, the biggest problem of monolithic reinforcement learning is that its straightforward applications do not successfully scale up to more complex environments due to the intractable large space of states. In order to address this problem, we suggest Adaptive Mediation-based Modular Q-Learning (AMMQL) as an improvement of the existing Modular Q-Learning (MQL). While simple modular Q-learning combines the results from each learning module in a fixed way, AMMQL combines them in a more flexible way by assigning different weight to each module according to its contribution to rewards. Therefore in addition to resolving the problem of large state space effectively, AMMQL can show higher adaptability to environmental changes than pure MQL. In this paper we use the AMMQL algorithn as a learning method for dynamic positioning of the robot soccer agent, and implement a robot soccer agent system called Cogitoniks.
Proceedings of the Korea Society for Simulation Conference
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2001.10a
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pp.321-324
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2001
The robot soccer simulation game is a dynamic multi-agent environment. In this paper we suggest a new reinforcement learning approach to each agent's dynamic positioning in such dynamic environment. Reinforcement Beaming is the machine learning in which an agent learns from indirect, delayed reward an optimal policy to choose sequences of actions that produce the greatest cumulative reward. Therefore the reinforcement loaming is different from supervised teaming in the sense that there is no presentation of input-output pairs as training examples. Furthermore, model-free reinforcement loaming algorithms like Q-learning do not require defining or loaming any models of the surrounding environment. Nevertheless it can learn the optimal policy if the agent can visit every state-action pair infinitely. However, the biggest problem of monolithic reinforcement learning is that its straightforward applications do not successfully scale up to more complex environments due to the intractable large space of states. In order to address this problem, we suggest Adaptive Mediation-based Modular Q-Learning(AMMQL) as an improvement of the existing Modular Q-Learning(MQL). While simple modular Q-learning combines the results from each learning module in a fixed way, AMMQL combines them in a more flexible way by assigning different weight to each module according to its contribution to rewards. Therefore in addition to resolving the problem of large state space effectively, AMMQL can show higher adaptability to environmental changes than pure MQL. This paper introduces the concept of AMMQL and presents details of its application into dynamic positioning of robot soccer agents.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2003.09a
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pp.280-283
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2003
A purpose of our research is an acquisition of cooperative behaviors in inhomogeneous multi-agent system. In this research, we used the fire panic problem as an experiment environment. In Fire panic problem a fire exists in the environment, and follows in each steps of agent's behavior, and this fire spreads within the constant law. The purpose of the agent is to reach the goal established without touching the fire, which exists in the environment. The fire heat up by a few steps, which exists in the environment. The fire has unsureness to the agent. The agent has to avoid a fire, which is spreading in environment. The acquisition of the behavior to reach it to the goal is required. In this paper, we observe how agents escape from the fire cooperating with other agents. For this problem, we propose a unique CMAC based Q-learning system for inhomogeneous multi-agent system.
In this paper, we present the Q-learning method for adaptive traffic signal control on the basis of In this paper, we present the Q-learning method for adaptive traffic signal control on the basis of multi-agent technology. The structure is composed of sixphase agents and one intersection agent. Wireless communication network provides the possibility of the cooperation of agents. As one kind of reinforcement learning, Q-learning is adopted as the algorithm of the control mechanism, which can acquire optical control strategies from delayed reward; furthermore, we adopt dynamic learning method instead of static method, which is more practical. Simulation result indicates that it is more effective than traditional signal system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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