• شماره مدرك
    21111
  • شماره راهنما
    18100
  • پديد آورنده

    كياني ابري، زهرا

  • عنوان

    استفاده از يادگيري تقويتي و شبكه‌هاي عصبي گراف براي بهينه سازي مسيريابي

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • گرايش تحصيلي
    علم داده
  • محل تحصيل
    اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
  • سال دفاع
    1404
  • صفحه شمار
    دوازده،87ص. :مصور، جدول، نمودار
  • توصيفگر ها

    يادگيري تقويتي عميق , شبكه هاي عصبي گراف , بهينه سازي مسيريابي

  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/03/20
  • كتابنامه
    كتابنامه
  • رشته تحصيلي
    رياضي كاربردي
  • دانشكده
    رياضي
  • تاريخ ويرايش اطلاعات
    1405/03/20
  • كد ايرانداك
    23217200
  • چكيده فارسي
    يادگيري تقويتي عميق (DRL) روشي نوين در حوزه‌ي هوش مصنوعي است كه با تركيب يادگيري تقويتي و شبكه‌هاي عصبي عميق، قابليت‌هاي هر دو را در يك چارچوب ادغام كرده است. در سال هاي اخير DRL بهبود چشمگيري در حل مسائل مختلف از خود نشان داده است. يادگيري Q عميق(DQN) يكي از محبوب‌ترين گونه‌هايDRL است كه در معماري آن از تركيب يادگيري Q و شبكه‌ي عصبي استفاده مي‌شود. از مهم‌ترين مزيت‌هاي DRL مي‌توان به توانايي آن در يادگيري مستقيم از داده‌هاي خام اشاره كرد. علاوه بر اين،DRL به‌راحتي مي‌تواند با رويكردهاي ديگر همچون يادگيري چند عاملي تركيب شود و دامنه كاربردهاي آن گسترش يابد. با وجود اين مزايا، روش هاي مبتني بر DRL با چالش هاي مختلفي رو به رو هستند. از مهم ترين اين چالش ها مي توان به عدم قابليت تعميم پذيري اشاره كرد. مدل‌هاي DRL غالباً براي محيط خاصي آموزش مي‌بينند و در صورت تغيير در ديناميك محيط، كارايي آن به طور چشم گيري كاهش مي يابد. به بياني ديگر آنها قادر به عملكرد صحيح در هنگام اعمال بر روي توپولوژي‌هاي شبكه‌اي كه در طول آموزش مشاهده نشده‌اند، نيستند و تنها بر روي توپولوژي هاي ديده شده عملكرد قابل قبولي دارند. DRLمعمولاً در محيط‌هايي كه روابط ساده دارند، عملكرد خيلي خوبي از خود نشان مي‌دهد. اما وقتي صحبت از روابط پيچيده و بلندمدت بين اجزاي محيط به ميان مي‌آيد، دچار مشكل مي‌شود. به بيان ساده‌تر DRL معمولاً براي درك تأثير تغييرات در يك بخش از محيط بر ساير بخش‌ها، به اطلاعات واضح و مستقيم نياز دارد. اما در بسياري از محيط‌هاي واقعي، اين روابط ساده نيستند. مثلاً در يك شبكه حمل‌ونقل، اگر در يك خيابان تصميمي گرفته شود (مثلاً تغيير در جريان ترافيك)، اثر آن مي‌تواند چند خيابان دورتر و بعد از چند مرحله آشكار شود. اين تعاملات زنجيره‌اي و غيرمستقيم مسئله اي است كه DRL به‌ سختي مي‌تواند آن را ياد بگيرد، زيرا معمولاً به داده‌هاي زياد و تجربه‌هاي طولاني نياز دارد تا چنين وابستگي‌هاي پيچيده‌اي را كشف كند. در اين پايان‌نامه براي حل اين قبيل مشكلات از شبكه هاي عصبي گراف GNNاستفاده مي كنيم. اين شبكه با استفاده از اطلاعات موجود در ساختار گراف، ويژگي‌هاي هر گره و يال را استخراج مي‌كند و با استفاده از اين ويژگي‌ها، به تحليل و پيش‌بيني ويژگي‌هاي ديگر مي پردازد. از GNN براي رمزگذاري ساختار گراف استفاده مي‌شود و به سيستم اين امكان را مي دهد كه تصميمات آگاهانه‌تري را اتخاذ كند. ادغام GNN و DQN سبب مي شود با بهره‌گيري از قابليت GNN براي رمزگذاري داده‌ها و مدل‌سازي تعاملات درون ساختارهاي گراف، توانايي DQN براي عملكرد در محيط‌هاي پيچيده افزايش يابد.
  • چكيده انگليسي
    .This thesis mainly concerns with incorporating deep reinforcement learning an‎d graph neural networks to han‎dle routing optimization problems. Deep reinforcement learning (DRL) is a modern approach in artificial intelligence that integrates reinforcement learning with deep neural networks, unifying the strengths of both within a single framework. Deep Q-learning (DQN) is one of the most popular variants of DRL, which uses a combination of Q-learning an‎d neural networks in its architecture. In recent years, DRL has demonstrated remarkable improvements across a range of problem domains. One of its key advantages is the ability to learn directly from raw data, which enables DRL to remain effective even in environments with highly complex structures. In addition, DRL can be readily combined with other paradigms, such as multi-agent learning, thereby broadening its applications. Despite these advantages, DRL-based methods face several challenges. Chief among them is limited generalization capability. DRL models are often trained for a specific environment an‎d their performance can degrade substantially when the environment’s dynamics change. In other words, they typically fail to operate reliably when applied to network topologies not encountered during training an‎d tend to perform satisfactorily only on previously seen topologies. DRL generally excels in environments with simple relationships but it struggles when confronted with complex, long-range dependencies among environment components. Put simply, DRL often requires clear an‎d direct information to infer how a change in one part of the environment affects other parts. However, in many real-world settings such relationships are not straightforward. For example, in a transportation network a decision on one street (such as altering traffic flow) may exert its effects several streets away an‎d only after multiple time steps. These cascading an‎d indirect interactions are difficult for DRL to learn because uncovering such intricate dependencies typically deman‎ds large amounts of data an‎d long-horizon experience. To address these issues, we employ graph neural networks (GNNs). By leveraging the structural information encoded in graphs GNNs extract features for nodes an‎d edges an‎d use these features to analyze an‎d infer other properties. GNNs are used to encode graph structure, enabling the system to make more informed decisions. Integrating GNNs with DRL enhances the latter’s performance in complex environments by harnessing GNNs’ capabilities for data encoding an‎d modeling interactions within graph-structured domains. In summary, by providing generalizable representations, GNNs help DRL move from a policy tailored to a specific environment toward a more transferable an‎d broadly applicable policy. This combination yields significant performance gains in tasks where understan‎ding relationships an‎d dependencies is critical for decision-making. The synergy effectively induces a problem-specific solution space while facilitating generalization. Owing to GNNs’ strengths in information propagation an‎d in capturing underlying structure an‎d relationships, this approach can leverage such information to support more accurate an‎d efficient decision-making. By capturing spatial dependencies an‎d learning effectively from past experiences, it outperforms traditional techniques an‎d unlocks a wide range of new capabilities. Despite its many advantages, the DQN + GNN model faces various challenges, including overestimation of Q values. To overcome these problems, In this thesis, we proposed the Double DQN + GAT model. This model reduces the overestimation of Q values by using DDQN. This feature increases the stability of learning.
  • استاد راهنما
    رامين جوادي
  • استاد داور
    رضا مختاري , ساره گلي فروشاني