التعلّم بواسطة Q (Q-learning)

يُعد التعلّم بواسطة Q (Q-learning) من المفاهيم الأساسية في الذكاء الاصطناعي (AI) وتعلّم الآلة، خاصة ضمن مجال التعلّم المعزز. فهو خوارزمية تتيح للوكيل تعلّم كيفية التصرف بشكل أمثل في بيئة معينة من خلال التفاعل معها وتلقي التغذية الراجعة على شكل مكافآت أو عقوبات. تساعد هذه الطريقة الوكيل على تحسين عملية اتخاذ القرار تدريجيًا مع مرور الوقت.

المفاهيم الرئيسية في التعلّم بواسطة Q

لمحة عن التعلّم المعزز

التعلّم المعزز هو نوع من تعلّم الآلة يتعلّم فيه الوكيل اتخاذ قرارات من خلال القيام بإجراءات في بيئة ما بهدف تعظيم مجموع المكافآت التراكمية. ويُعد التعلّم بواسطة Q خوارزمية محددة تُستخدم ضمن هذا الإطار.

التعلّم بدون نموذج

التعلّم بواسطة Q هو خوارزمية تعلّم معزز بدون نموذج، أي أنه لا يتطلب نموذجًا للبيئة. بل يتعلّم مباشرة من خلال التجارب التي يحصل عليها أثناء تفاعله مع البيئة.

قيم Q وجدول Q

المكوّن الأساسي في التعلّم بواسطة Q هو قيمة Q، التي تُمثل التوقعات المستقبلية للمكافآت عند اتخاذ إجراء معين في حالة معينة. تُخزّن هذه القيم في جدول Q، حيث يرتبط كل عنصر فيه بزوج من الحالة والإجراء.

التعلّم خارج السياسة

يعتمد التعلّم بواسطة Q على نهج خارج السياسة، ما يعني أنه يتعلّم قيمة السياسة المثلى بشكل مستقل عن أفعال الوكيل الحالية. يسمح ذلك للوكيل بالتعلّم من إجراءات خارج السياسة الحالية، مما يوفر مرونة وقوة أكبر.

كيف يعمل التعلّم بواسطة Q؟

1. التهيئة: تهيئة جدول Q بقيم عشوائية.
2. التفاعل: يتفاعل الوكيل مع البيئة من خلال اتخاذ إجراءات وملاحظة الحالات والمكافآت الناتجة.
3. تحديث قيم Q: تحديث قيم Q بناءً على المكافآت الملحوظة والتوقعات المستقبلية باستخدام قاعدة تحديث التعلّم بواسطة Q.
4. التكرار: تكرار خطوات التفاعل والتحديث إلى أن تتقارب قيم Q مع القيم المثلى.

تطبيقات التعلّم بواسطة Q

يُستخدم التعلّم بواسطة Q على نطاق واسع في تطبيقات متنوعة، منها:

• الروبوتات: لتعليم الروبوتات كيفية التنقل وأداء المهام.
• ذكاء الألعاب: لتطوير وكلاء أذكياء قادرين على لعب الألعاب بمستوى عالٍ.
• التمويل: للتداول الخوارزمي واتخاذ القرارات في الأسواق غير المؤكدة.
• الرعاية الصحية: في تخطيط العلاج المخصص وإدارة الموارد.

المزايا والقيود

المزايا

• بدون نموذج: لا يتطلب نموذجًا للبيئة، مما يجعله متعدد الاستخدامات.
• خارج السياسة: يمكنه تعلّم السياسات المثلى بشكل مستقل عن أفعال الوكيل.

القيود

• قابلية التوسّع: قد يصبح التعلّم بواسطة Q غير عملي في البيئات ذات المساحات الكبيرة من الحالات والإجراءات بسبب حجم جدول Q.
• مفاضلة الاستكشاف والاستغلال: تحقيق التوازن بين تجربة إجراءات جديدة (الاستكشاف) واستخدام الإجراءات المعروفة (الاستغلال) يمكن أن يكون صعبًا.