Multi-Goal Pathfinding with Deep Q-Learning
Notice bibliographique
Résumé
Pathfinding, the process of finding a traversable route from one point to another, is an important field of research due to the implications it can have for many other fields and technologies. The purpose of this paper is to propose a new Q-Learning based pathfinding algorithm to solve mazes in which the algorithm (“agent”) must find multiple subgoals before reaching a final destination, in fewer iterations than existing Q-Learning algorithms. The existence of multiple subgoals can result in ‘reward loops’ which cause an unnecessary increase in the number of iterations to solve the maze [1]. These reward loops can be eliminated with the use of Multiple Q-Tables [1]. However, Q-Table based methods require many iterations for large state environments (such as large mazes) to learn the Q-values for each state-action pair [2], [3]. Deep Q-Learning can be used to approximate Q-values for previously unseen state-action pairs and thus reduce the number of iterations to learn the optimal solution [3]. Therefore, we propose an algorithm that adapts Multiple Q-Table theory to Deep Q-Learning to address the two weaknesses of basic Q-Learning at once: 1) The poor scalability to large mazes, and 2) The existence of reward loops. The proposed design is the use of Multiple Deep Q-Networks, each of which is responsible for finding the shortest path to the nearest subgoal or final destination (from the previous subgoal or starting point). We hypothesize that in addition to the elimination of reward loops, this results in other advantages including the balancing of exploration and of the replay memory allocation. In addition, we optimize our design with an improved Exploration Strategy, the addition of a Revisiting Penalty, as well as hyperparameter optimization. We test our solution on sample mazes of four sizes and compare it to the Multiple Q-Table and Single Deep Q-Network algorithms. Our results confirm our hypothesis and show that our solution outperforms the other algorithms in the number of iterations to find the shortest path, especially on larger mazes. Finally, we offer suggestions for alternative designs, future work, and improvements.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,003 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».