기계학습Machine Learning - 강화 학습 유형(Multi armed bandit)

강화 학습 Reinforcement Learning

강화 학습과 지도학습의 차이점

즉, 환경이 지속적으로 변해가는 상황에서 트렌드를 실시간으로 분석하고 이를 즉각 반영할 수 있는 온라인 수행

조사되지 않은 영역과의 Trade-off를 조절하는 Multi-armed bandit 문제를 알아본다

Multi-armed Bandit

이 문제를 소개하기 위해 가정 2가지가 필요하다 (http://pubdata.tistory.com/22)

기계 학습에서의 지도 학습 또한 잘 모르는 세상에 대해 기존의 지식을 통해 알려주고

일반화를 통해 최적화된 모델을 만드는 것이지만,

일반화 된 모델은 2번 째 가정에 의해 지속적으로 업데이트 해야 하는 경우가 생긴다.

과학에서의 통제 실험은 언제 어디서나 재현할 수 있음을 가정하지만

비즈니스 환경에서는 오히려 추세가 변하며 이를 빠르게 찾아내 반영 하는 것이 더욱 가치있는 목표가 된다.

얼마의 시간동안 탐험하기 또는 뽑아먹기를 해야 최적이라 간주할 수 있는지 그리고

얼마의 비중으로 뽑아먹기와 탐험하기의 비율을 바꿔갈 것인지 판단해야 하는 것이 어려운 과제이다.

이러한 딜레마와 같은 대표적인 예가 Multi-armed bandit 문제이다.

팔(arm)이 여러 개 있는 슬롯머신이 있다.

각 팔마다 보상 확률이 다르고 플레이어는 어떤 팔의 수익성이 높은지 알지 못한다.

이 상황에서 플레이어가 어떤 순서로 어떤 팔을 얼마나 당겨야 돈을 많이 딸 수 있는지 찾아내는 것이 MAB문제이다.

Multi-armed Bandit 알고리즘

매 시점 $t$ 에 에이전트는 자신의 상태(state) $s_t \in S$ 와 가능한 행동(action) $A(s_t)$ 를 가지고 있다.

에이전트는 어떤 행동 a ∈ A(s_t) 을 취하고, 환경으로부터 새로운 상태 s_t+1와 포상(reward) r_t+1을 받는다.

종료 상태(terminal state)가 존재하는 경우 누적된 포상값 R을 최대화하며, 종료 상태에 가까워질 수록 탐험을 적게하고 뽑아먹기에 치중해야 한다.

$R=r_0+r_1+\cdots+r_n = \sum_{t=1}^n r_t$

$R = \sum_{t=1}^n \gamma^t r_t$

Multi-armed Bandit 알고리즘 진화

epsilon-Greedy : 사용자 중 일부는 현재까지 알려진 최적안으로 보내서 뽑아먹기를 하고, 나머지 일부에 대해서는 다시 분기를 하여 전통적인 A/B Testing을 수행하여 새로운 최적안이 나왔는지 알아보는 방식으로 개선한 알고리즘. 단점이 많다.
Softmax : 지금까지 알려진 성과를 기반으로 성과가 좋은 쪽에 사용자를 좀 더 몰아주는 알고리즘
Softmax + Temperature : 성과가 좋은 쪽에 사용자를 얼마나 더 몰아줄 것인지("온도")를 조절할 수 있게 하는 방식
Softmax + Temperature + Annealing : 시간이 지남에 따라 점진적으로 "온도"를 낮춰서 탐험 비율을 낮추는 방식
UCB1 : 지금까지 알려진 성과 뿐 아니라, 그 성과가 얼마나 많은 실험을 통해 알려진 결과인지(즉 얼마나 확실한지)도 함께 따져서, 덜 확실한 쪽에 더 많은 탐험을 하는 방식

출처 :

빅데이터 비즈니스 모델 (0)	2018.06.21
머신러닝 딥러닝 온라인 강의 / SNS / 논문 (0)	2017.03.23
기계학습Machine Learnig - 비지도 학습 (0)	2016.02.07
기계학습Machine Learning - 지도 학습 유형 (2)	2016.02.06
기계학습Machine Learning - 정의, 목적별 분류 (0)	2016.02.06

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