基于强化学习的兵棋决策方法研究

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兵棋推演是一种较为复杂的博弈对抗过程,是支持复杂对抗方案决策优化的重要手段。传统的基于兵棋推演的决策分析主要限于使用规则库、随机理论以及多属性综合评价等方法。虽然这些方法支持兵棋推演完成了不少博弈对抗决策的研究,但兵棋推演的策略分析状态空间较大,人力往往难以对大量的决策方案做出快速合理的评价;同时,支持兵棋推演决策的试验数据严重匮乏,导致基于数据驱动的决策方法难以奏效;此外,现有的强化学习算法不一定能完全适用于兵棋决策。因此,研究一种既能够快速进行方案决策,又不需要严格大量的数据进行启发式驱动的兵棋推演决策方法是迫切需要的。综上所述,本文针对不同场景设计了基于强化学习的兵棋决策方法,应用多种强化学习算法,并对其中部分算法进行了一定的改进。本文的主要工作如下:(1)梳理了现存兵棋决策研究方法的局限性,确定了研究的方式和具体的算法,构建了基于强化学习的兵棋决策方法研究的总体技术框架。(2)针对强化学习训练需要对抗对手的情况,分析了传统的产生式规则系统和多属性综合评价,建立了基于多属性综合评价的产生式规则系统。(3)针对单智能体想定,基于Q-Learning算法设计了兵棋决策方法,包括分析奖励函数的不足并改进,以及Q-Learning算法的应用设计;针对Q-Learning算法的不足提出了改进的基于动态决策指导的Q学习算法。(4)针对单智能体想定和多智能体想定,基于Actor-Critic框架分别设计并实现了Actor-Critic算法在单智能体和多智能体的兵棋决策方法;对于Actor-Critic算法在多智能体上的局限性以及MADDPG算法在兵棋环境下的局限,设计人类数据引导的多智能体深度确定性策略梯度算法,并基于此实现兵棋决策方法。(5)对以上算法进行了案例分析,可以得出Q-Learning算法、基于动态决策指导的Q学习算法、Actor-Critic算法和人类数据引导的多智能体深度确定性策略梯度算法均是有效的,相比于基于产生式规则系统的对手胜率更高;基于动态决策指导的Q学习算法相比于Q学习算法,后期胜率更高,收敛效果更好;人类数据引导的多智能体深度确定性策略梯度算法相比于多智能体Actor-Critic算法收敛更快,效果更优。
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