自动驾驶(六十一)---------蒙特卡洛搜索树

      首先祝我自己元旦快乐,也祝在这个日子里看我blog的粉丝元旦快乐,今天申请了加班所以有时间写blog,程序员的生活就是这么单纯.........在这个特殊的日子里,为了充实节日气氛,学习一个名字很长的知识--蒙特卡洛搜索树,如果要问和自动驾驶有什么关系,我想在决策的时候可以用到吧,只是博弈论暂时并没有引入进自动驾驶中。另外它和A*算法类似,在导航上也有应用的可能。

      特别的自动驾驶进入冷静期,感知智能很快也接近极限,限制自动驾驶发展的关键是逻辑推理,所以我未来的方向将有可能涉及多方面,不会局限与深度学习方面,毕竟我已经落后很多了,需要弯道超车,现在的想法是认知智能、逻辑推理、迁移认知等等方面。总之一切的一切都是朝着自动驾驶方向前进。

1. 博弈树

      首先介绍博弈树的概念,博弈树是一种树形结构,其中每一个节点表征博弈的确定状态。从一个节点向其子节点的转换被称为一个行动,节点的子节点数量被称为分支因子,树的根节点也就是博弈的初始状态,端节点也就是叶子节点,表示博弈的最终状态,从一个根节点到一个端节点的树遍历表征了单个博弈过程。

2. 极小极大策略

      给定一个状态,并假定对手正在尝试最小化你的收益,你希望找到能最大化你的收益的动作,这也是该算法被称为极小极大的原因。举例说明:在车辆决策中,有一个评价函数:包含舒适性+安全性+稳定性,等多方面,在一次决策中:你可以选择左变道和直线,你想让你的评价函数最大化,周围车辆也想让他的评价函数最大化,我们可以模拟你的选择,对应分析他的最大化选择,相互博弈推演,最终选择对我最有利的策略。

      特别的,在推演过程中,我们假定对手在当前环境下,一定会选择对他最有利的策略,而判断在一个场景下,什么策略是最有利的,只有不断推演下去,计算最终结果的评价函数最大的概率。例如直线下,评价函数较大的概率是多少,变道下评价函数较大的概率是多少。

3. 基本概念

      蒙特卡洛树搜索算法分为四步,分别是选择(Selection)、扩展(Expansion)、模拟(Simulate)和反向传播。

     1. 选择:从根节点开始,根据UCT函数选择一个最有潜力的子结点,直到当前节点的还有可扩展的子节点,UCT函数的定义如下:自动驾驶(六十一)---------蒙特卡洛搜索树_第1张图片其中vi表示当前节点,v表示vi​的父节点,表示vi节点胜利的次数,N(vi) 表示访问vi节点的次数,N(v)表示访问v节点的次数,这些参数是通过第四步反向传播得到的。

     2. 扩展:是对可拓展的节点进行的,即随机添加一个新的子节点。

     3. 模拟:是对上一步扩展出来的子节点进行一次模拟游戏,双方随机下子,直到分出胜负。

     4. 反向传播:从扩展出来的子节点向上回溯,更新所有父节点的Q、N参数,即获胜次数和被访问次数。

4. 与自动驾驶

     我们知道蒙特卡洛搜索一般用在下棋上,其实反而没有用在自动驾驶上合适,这是因为,下棋每一步的选择太多,要穷尽所以可能是很困难的一件事,并且结果只有输赢,只能推演到最后才能得到结果,一般地,我们是通过给一个模糊的概率(不准总比没有好),另外推演只选取值得推演的方向进行,从而大大简化的遍历的过程。

     幸运的是在自动驾驶中,并不存在这样的问题,一般我们可供的选择并不多,需要推演的种类可以计算,即使每一个时间周期都推演一次也可以,主要是相邻一段时间,面临的场景相似,这次的推演可以参考上一次的推演结果。

5. 总结

     在自动驾驶中使用蒙特卡洛搜索需要解决好以下几个问题:

    1. 如何设计评价函数,能量化输赢。

    2. 对手是否也采用相同的策略,最大化自己的评价函数。

    3. 自动驾驶再一次博弈中,如何平衡车上乘客和旁边人类驾驶员的关系。

 

      

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