网格生成的质量长期以来一直被认为是在有限元方法（FEM）的历史中提供具有可靠模拟结果的工程师的重要方面。在商业软件中使用了当前是最强大的方法的元素提取方法。但是，为了加速提取，通过找到优化目标函数的下一个元素来完成方法，这可能导致在许多时间步骤后的局部网格质量。我们提供TreeMESH，一种使用这种方法与强化学习（也可能有监督学习）和新颖的Monte-Carlo树搜索（MCT）（Coulom（2006），Kocsis和Szepesv \'Ari（2006），Browne et〜al。（2012））。该算法基于先前提出的方法（Pan Et〜Al。（2021））。在DRL（算法，状态 - 动作奖励设置）和添加MCT上进行了许多改进之后，它优于前者在同一边界上的工作。此外，使用树搜索，我们的程序在薄膜材料上揭示了种子密度变化的边界上的大量优势。

使用深钢筋学习（DRL）开发了一种可以在一次尝试时生成最佳网格的网格生成方法。与传统方法不同，在该方法中，用户必须指定网格划分参数或从头开始对新给出的几何形状进行优化，开发的方法采用基于DRL的多条件（MC）优化来定义各种几何形状的网格划分参数。该方法涉及以下步骤：（1）开发用于结构化刀片段的基础算法；（2）制定MC优化问题，以优化开发基础算法时引入的网格划分参数；（3）通过使用DRL解决MC优化问题来开发基于DRL的网格生成算法。结果，开发的算法能够在各种叶片的单个试验中成功生成最佳网格。

小型无人驾驶飞机的障碍避免对于未来城市空袭（UAM）和无人机系统（UAS）交通管理（UTM）的安全性至关重要。有许多技术用于实时强大的无人机指导，但其中许多在离散的空域和控制中解决，这将需要额外的路径平滑步骤来为UA提供灵活的命令。为提供无人驾驶飞机的操作安全有效的计算指导，我们探讨了基于近端政策优化（PPO）的深增强学习算法的使用，以指导自主UA到其目的地，同时通过连续控制避免障碍物。所提出的场景状态表示和奖励功能可以将连续状态空间映射到连续控制，以便进行标题角度和速度。为了验证所提出的学习框架的性能，我们用静态和移动障碍进行了数值实验。详细研究了与环境和安全操作界限的不确定性。结果表明，该拟议的模型可以提供准确且强大的指导，并解决了99％以上的成功率的冲突。

资产分配（或投资组合管理）是确定如何最佳将有限预算的资金分配给一系列金融工具/资产（例如股票）的任务。这项研究调查了使用无模型的深RL代理应用于投资组合管理的增强学习（RL）的性能。我们培训了几个RL代理商的现实股票价格，以学习如何执行资产分配。我们比较了这些RL剂与某些基线剂的性能。我们还比较了RL代理，以了解哪些类别的代理表现更好。从我们的分析中，RL代理可以执行投资组合管理的任务，因为它们的表现明显优于基线代理（随机分配和均匀分配）。四个RL代理（A2C，SAC，PPO和TRPO）总体上优于最佳基线MPT。这显示了RL代理商发现更有利可图的交易策略的能力。此外，基于价值和基于策略的RL代理之间没有显着的性能差异。演员批评者的表现比其他类型的药物更好。同样，在政策代理商方面的表现要好，因为它们在政策评估方面更好，样品效率在投资组合管理中并不是一个重大问题。这项研究表明，RL代理可以大大改善资产分配，因为它们的表现优于强基础。基于我们的分析，在政策上，参与者批评的RL药物显示出最大的希望。

机器学习算法中多个超参数的最佳设置是发出大多数可用数据的关键。为此目的，已经提出了几种方法，例如进化策略，随机搜索，贝叶斯优化和启发式拇指规则。在钢筋学习（RL）中，学习代理在与其环境交互时收集的数据的信息内容严重依赖于许多超参数的设置。因此，RL算法的用户必须依赖于基于搜索的优化方法，例如网格搜索或Nelder-Mead单简单算法，这对于大多数R1任务来说是非常效率的，显着减慢学习曲线和离开用户的速度有目的地偏见数据收集的负担。在这项工作中，为了使RL算法更加用户独立，提出了一种使用贝叶斯优化的自主超参数设置的新方法。来自过去剧集和不同的超参数值的数据通过执行行为克隆在元学习水平上使用，这有助于提高最大化获取功能的加强学习变体的有效性。此外，通过紧密地整合在加强学习代理设计中的贝叶斯优化，还减少了收敛到给定任务的最佳策略所需的状态转换的数量。与其他手动调整和基于优化的方法相比，计算实验显示了有希望的结果，这突出了改变算法超级参数来增加所生成数据的信息内容的好处。

使用规划算法和神经网络模型的基于模型的强化学习范例最近在不同的应用中实现了前所未有的结果，导致现在被称为深度增强学习的内容。这些代理非常复杂，涉及多个组件，可能会为研究产生挑战的因素。在这项工作中，我们提出了一个适用于这些类型代理的新模块化软件架构，以及一组建筑块，可以轻松重复使用和组装，以构建基于模型的增强学习代理。这些构建块包括规划算法，策略和丢失功能。我们通过将多个这些构建块组合实现和测试经过针对三种不同的测试环境的代理来说明这种架构的使用：Cartpole，Minigrid和Tictactoe。在我们的实施中提供的一个特定的规划算法，并且以前没有用于加强学习，我们称之为Imperage Minimax，在三个测试环境中取得了良好的效果。用这种架构进行的实验表明，规划算法，政策和损失函数的最佳组合依赖性严重问题。该结果提供了证据表明，拟议的架构是模块化和可重复使用的，对想要研究新环境和技术的强化学习研究人员有用。

Off-policy learning is more unstable compared to on-policy learning in reinforcement learning (RL). One reason for the instability of off-policy learning is a discrepancy between the target ($\pi$) and behavior (b) policy distributions. The discrepancy between $\pi$ and b distributions can be alleviated by employing a smooth variant of the importance sampling (IS), such as the relative importance sampling (RIS). RIS has parameter $\beta\in[0, 1]$ which controls smoothness. To cope with instability, we present the first relative importance sampling-off-policy actor-critic (RIS-Off-PAC) model-free algorithms in RL. In our method, the network yields a target policy (the actor), a value function (the critic) assessing the current policy ($\pi$) using samples drawn from behavior policy. We use action value generated from the behavior policy in reward function to train our algorithm rather than from the target policy. We also use deep neural networks to train both actor and critic. We evaluated our algorithm on a number of Open AI Gym benchmark problems and demonstrate better or comparable performance to several state-of-the-art RL baselines.

Machine learning frameworks such as Genetic Programming (GP) and Reinforcement Learning (RL) are gaining popularity in flow control. This work presents a comparative analysis of the two, bench-marking some of their most representative algorithms against global optimization techniques such as Bayesian Optimization (BO) and Lipschitz global optimization (LIPO). First, we review the general framework of the model-free control problem, bringing together all methods as black-box optimization problems. Then, we test the control algorithms on three test cases. These are (1) the stabilization of a nonlinear dynamical system featuring frequency cross-talk, (2) the wave cancellation from a Burgers' flow and (3) the drag reduction in a cylinder wake flow. We present a comprehensive comparison to illustrate their differences in exploration versus exploitation and their balance between `model capacity' in the control law definition versus `required complexity'. We believe that such a comparison paves the way toward the hybridization of the various methods, and we offer some perspective on their future development in the literature on flow control problems.

尽管深度强化学习（RL）最近取得了许多成功，但其方法仍然效率低下，这使得在数据方面解决了昂贵的许多问题。我们的目标是通过利用未标记的数据中的丰富监督信号来进行学习状态表示，以解决这一问题。本文介绍了三种不同的表示算法，可以访问传统RL算法使用的数据源的不同子集使用：（i）GRICA受到独立组件分析（ICA）的启发，并训练深层神经网络以输出统计独立的独立特征。输入。 Grica通过最大程度地减少每个功能与其他功能之间的相互信息来做到这一点。此外，格里卡仅需要未分类的环境状态。 （ii）潜在表示预测（LARP）还需要更多的上下文：除了要求状态作为输入外，它还需要先前的状态和连接它们的动作。该方法通过预测当前状态和行动的环境的下一个状态来学习状态表示。预测器与图形搜索算法一起使用。 （iii）重新培训通过训练深层神经网络来学习国家表示，以学习奖励功能的平滑版本。该表示形式用于预处理输入到深度RL，而奖励预测指标用于奖励成型。此方法仅需要环境中的状态奖励对学习表示表示。我们发现，每种方法都有其优势和缺点，并从我们的实验中得出结论，包括无监督的代表性学习在RL解决问题的管道中可以加快学习的速度。

有效的强化学习需要适当的平衡探索和剥削，由动作分布的分散定义。但是，这种平衡取决于任务，学习过程的当前阶段以及当前的环境状态。指定动作分布分散的现有方法需要依赖问题的超参数。在本文中，我们建议使用以下原则自动指定动作分布分布：该分布应具有足够的分散，以评估未来的政策。为此，应调整色散以确保重播缓冲区中的动作和产生它们的分布模式的足够高的概率（密度），但是这种分散不应更高。这样，可以根据缓冲区中的动作有效评估策略，但是当此策略收敛时，动作的探索性随机性会降低。上述原则在挑战性的基准蚂蚁，Halfcheetah，Hopper和Walker2D上进行了验证，并取得了良好的效果。我们的方法使动作标准偏差收敛到与试验和错误优化产生的相似的值。

演员 - 评论家（AC）算法以求解钢筋学习问题而闻名，但它们也遭受了低采样效率。基于AC的策略优化过程是迭代的，并且需要经常访问代理环境系统来通过推出策略，收集奖励和状态（即样本）来评估和更新策略，并从中学习。它最终需要大量的样本来学习最佳政策。为了提高采样效率，我们提出了一种策略来优化培训数据集，该数据集含有从AC过程中收集的显着较少的样本。数据集优化由仅限最佳剧集操作，策略参数 - 健身模型和遗传算法模块。与控制自主动态系统的许多当代AC算法相比，由优化的训练数据集训练的最佳策略网络表现出优越的性能。标准基准测试的评估表明，该方法提高了采样效率，可确保更快地收敛到Optima，并且比其对应物更具数据效率。

2048 is a single-player stochastic puzzle game. This intriguing and addictive game has been popular worldwide and has attracted researchers to develop game-playing programs. Due to its simplicity and complexity, 2048 has become an interesting and challenging platform for evaluating the effectiveness of machine learning methods. This dissertation conducts comprehensive research on reinforcement learning and computer game algorithms for 2048. First, this dissertation proposes optimistic temporal difference learning, which significantly improves the quality of learning by employing optimistic initialization to encourage exploration for 2048. Furthermore, based on this approach, a state-of-the-art program for 2048 is developed, which achieves the highest performance among all learning-based programs, namely an average score of 625377 points and a rate of 72% for reaching 32768-tiles. Second, this dissertation investigates several techniques related to 2048, including the n-tuple network ensemble learning, Monte Carlo tree search, and deep reinforcement learning. These techniques are promising for further improving the performance of the current state-of-the-art program. Finally, this dissertation discusses pedagogical applications related to 2048 by proposing course designs and summarizing the teaching experience. The proposed course designs use 2048-like games as materials for beginners to learn reinforcement learning and computer game algorithms. The courses have been successfully applied to graduate-level students and received well by student feedback.

我们考虑在一个有限时间范围内的离散时间随机动力系统的联合设计和控制。我们将问题作为一个多步优化问题，在寻求识别系统设计和控制政策的不确定性下，共同最大化所考虑的时间范围内收集的预期奖励总和。转换函数，奖励函数和策略都是参数化的，假设与其参数有所不同。然后，我们引入了一种深度加强学习算法，将策略梯度方法与基于模型的优化技术相结合以解决这个问题。从本质上讲，我们的算法迭代地估计通过Monte-Carlo采样和自动分化的预期返回的梯度，并在环境和策略参数空间中投影梯度上升步骤。该算法称为直接环境和策略搜索（DEPS）。我们评估我们算法在三个环境中的性能，分别在三种环境中进行了一个群众弹簧阻尼系统的设计和控制，分别小型离网电力系统和无人机。此外，我们的算法是针对用于解决联合设计和控制问题的最先进的深增强学习算法的基准测试。我们表明，在所有三种环境中，DEPS至少在或更好地执行，始终如一地产生更高的迭代返回的解决方案。最后，通过我们的算法产生的解决方案也与由算法产生的解决方案相比，不共同优化环境和策略参数，突出显示在执行联合优化时可以实现更高返回的事实。

计算物理问题问题的有限元离散通常依赖于自适应网格细化（AMR）来优先解决模拟过程中包含重要特征的区域。但是，这些空间改进策略通常是启发式的，并且依靠特定领域的知识或反复试验。我们将自适应网状精炼的过程视为不完整的信息下的本地，顺序决策问题，将AMR作为部分可观察到的马尔可夫决策过程。使用深厚的增强学习方法，我们直接从数值模拟中训练政策网络为AMR策略训练。培训过程不需要精确的解决方案或手头部分微分方程的高保真地面真相，也不需要预先计算的培训数据集。我们强化学习公式的本地性质使政策网络可以廉价地培训比部署的问题要小得多。该方法不是特定于任何特定的部分微分方程，问题维度或数值离散化的特定，并且可以灵活地结合各种问题物理。为此，我们使用各种高阶不连续的Galerkin和杂交不连续的Galerkin有限元离散化，将方法应用于各种偏微分方程。我们表明，由此产生的深入强化学习政策与共同的AMR启发式方法具有竞争力，跨越问题类别概括，并在准确性和成本之间取得了有利的平衡，因此它们通常会导致每个问题自由度的准确性更高。

实验数据的获取成本很高，这使得很难校准复杂模型。对于许多型号而言，鉴于有限的实验预算，可以产生最佳校准的实验设计并不明显。本文介绍了用于设计实验的深钢筋学习（RL）算法，该算法通过Kalman Filter（KF）获得的Kullback-Leibler（KL）差异测量的信息增益最大化。这种组合实现了传统方法太昂贵的快速在线实验的实验设计。我们将实验的可能配置作为决策树和马尔可夫决策过程（MDP），其中每个增量步骤都有有限的操作选择。一旦采取了动作，就会使用各种测量来更新实验状态。该新数据导致KF对参数进行贝叶斯更新，该参数用于增强状态表示。与NASH-SUTCLIFFE效率（NSE）指数相反，该指数需要额外的抽样来检验前进预测的假设，KF可以通过直接估计通过其他操作获得的新数据值来降低实验的成本。在这项工作中，我们的应用集中在材料的机械测试上。使用复杂的历史依赖模型的数值实验用于验证RL设计实验的性能并基准测试实现。

在机器人，游戏和许多其他地区，加固学习导致各种区域导致相当大的突破。但是在复杂的真实决策中申请RL仍然有限。运营管理中的许多问题（例如，库存和收入管理）的特点是大动作空间和随机系统动态。这些特征使得解决问题的问题很难解决依赖于每步行动问题解决枚举技术的现有RL方法。要解决这些问题，我们开发可编程演员强化学习（PARL），一种策略迭代方法，该方法使用整数编程和示例平均近似的技术。在分析上，我们表明，对于给定的批评者，每个迭代的学习政策会聚到最佳政策，因为不确定性的底层样本转到无穷大。实际上，我们表明，即使来自潜在的不确定性的样本很少，潜在的不确定分布的正确选择的不确定分布可以在最佳的演员政策附近产生。然后，我们将算法应用于具有复杂的供应链结构的现实库存管理问题，并显示Parl优于这些设置中的最先进的RL和库存优化方法。我们发现Parl优于常用的基础股票启发式44.7％，并且在不同供应链环境中平均最高可达的RL方法高达12.1％。

In recent years, Monte Carlo tree search (MCTS) has achieved widespread adoption within the game community. Its use in conjunction with deep reinforcement learning has produced success stories in many applications. While these approaches have been implemented in various games, from simple board games to more complicated video games such as StarCraft, the use of deep neural networks requires a substantial training period. In this work, we explore on-line adaptivity in MCTS without requiring pre-training. We present MCTS-TD, an adaptive MCTS algorithm improved with temporal difference learning. We demonstrate our new approach on the game miniXCOM, a simplified version of XCOM, a popular commercial franchise consisting of several turn-based tactical games, and show how adaptivity in MCTS-TD allows for improved performances against opponents.

In many risk-aware and multi-objective reinforcement learning settings, the utility of the user is derived from a single execution of a policy. In these settings, making decisions based on the average future returns is not suitable. For example, in a medical setting a patient may only have one opportunity to treat their illness. Making decisions using just the expected future returns -- known in reinforcement learning as the value -- cannot account for the potential range of adverse or positive outcomes a decision may have. Therefore, we should use the distribution over expected future returns differently to represent the critical information that the agent requires at decision time by taking both the future and accrued returns into consideration. In this paper, we propose two novel Monte Carlo tree search algorithms. Firstly, we present a Monte Carlo tree search algorithm that can compute policies for nonlinear utility functions (NLU-MCTS) by optimising the utility of the different possible returns attainable from individual policy executions, resulting in good policies for both risk-aware and multi-objective settings. Secondly, we propose a distributional Monte Carlo tree search algorithm (DMCTS) which extends NLU-MCTS. DMCTS computes an approximate posterior distribution over the utility of the returns, and utilises Thompson sampling during planning to compute policies in risk-aware and multi-objective settings. Both algorithms outperform the state-of-the-art in multi-objective reinforcement learning for the expected utility of the returns.

在包装交付，交通监控，搜索和救援操作以及军事战斗订婚等不同应用中，对使用无人驾驶汽车（UAV）（无人机）的需求越来越不断增加。在所有这些应用程序中，无人机用于自动导航环境 - 没有人类互动，执行特定任务并避免障碍。自主无人机导航通常是使用强化学习（RL）来完成的，在该学习中，代理在域中充当专家在避免障碍的同时导航环境。了解导航环境和算法限制在选择适当的RL算法以有效解决导航问题方面起着至关重要的作用。因此，本研究首先确定了无人机导航任务，并讨论导航框架和仿真软件。接下来，根据环境，算法特征，能力和不同无人机导航问题的应用程序对RL算法进行分类和讨论，这将帮助从业人员和研究人员为其无人机导航使用情况选择适当的RL算法。此外，确定的差距和机会将推动无人机导航研究。

采用合理的策略是具有挑战性的，但对于智能代理商的智能代理人至关重要，其资源有限，在危险，非结构化和动态环境中工作，以改善系统实用性，降低整体成本并增加任务成功概率。深度强化学习（DRL）帮助组织代理的行为和基于其状态的行为，并代表复杂的策略（行动的组成）。本文提出了一种基于贝叶斯链条的新型分层策略分解方法，将复杂的政策分为几个简单的子手段，并将其作为贝叶斯战略网络（BSN）组织。我们将这种方法整合到最先进的DRL方法中，软演奏者 - 批评者（SAC），并通过组织几个子主管作为联合政策来构建相应的贝叶斯软演奏者（BSAC）模型。我们将建议的BSAC方法与标准连续控制基准（Hopper-V2，Walker2D-V2和Humanoid-V2）在SAC和其他最先进的方法（例如TD3，DDPG和PPO）中进行比较 - Mujoco与Openai健身房环境。结果表明，BSAC方法的有希望的潜力可显着提高训练效率。可以从https://github.com/herolab-uga/bsac访问BSAC的开源代码。