خوارزمية التعلم المعزز

الخوارزمية المُعززة بالتعلم (وتُسمى أيضًا خوارزمية التنبؤات) هي خوارزمية تستخدم التنبؤات لتحسين أدائها. [ 1 ] فبينما تُدخل الخوارزميات التقليدية المسألة فقط، تقبل الخوارزميات المُعززة بالتعلم مُعاملًا إضافيًا. غالبًا ما يكون هذا المُعامل الإضافي تنبؤًا بإحدى خصائص الحل. ثم تستخدم الخوارزمية هذا التنبؤ لتحسين وقت تشغيلها أو جودة مخرجاتها. ومن أكثر تطبيقاتها شيوعًا الخوارزميات الفورية ، حيث يُقدم تنبؤ بشأن المسألة غير المؤكدة.

وصف

تأخذ الخوارزمية المعززة بالتعلم عادةً مدخلات(أنا،أ){\displaystyle ({\mathcal {I}},{\mathcal {A}})}. هناأنا{\displaystyle {\mathcal {I}}}هي حالة مشكلة وأ{\displaystyle {\mathcal {A}}}التنبؤ هو التوقع. يمكن أن يكون التوقع أي شيء. ومن الأنواع الشائعة ما يلي:

  • التنبؤ بالحل الأمثل. يقدم التنبؤ حلاً للمشكلة أو يصف الحل الأمثل.
  • التنبؤ بالمدخلات. يُستخدم هذا بشكل أساسي في المسائل عبر الإنترنت .
  • التنبؤ بالإجراءات الخوارزمية. تنبؤ مصمم خصيصًا لخوارزمية معينة يشير إلى تنفيذ خوارزمية محددة.

عادة ما تستوفي خوارزميات التعلم المعزز الخصائص الثلاث التالية: [ 1 ]

  • الاتساق. يُقال إن الخوارزمية المعززة بالتعلم متسقة إذا أمكن إثبات أن الخوارزمية تتمتع بأداء جيد عند تزويدها بتنبؤ دقيق.
  • السلاسة. يُطلق على الخوارزمية المُعززة بالتعلم اسم السلاسة إذا كان أداؤها قابلاً للتحديد بدالة لجودة التنبؤ. هنا، يمكن قياس الجودة بطريقة خاصة بالمشكلة. ويُطلق على هذا أيضًا اسم خطأ التنبؤ.
  • المتانة. يُطلق على الخوارزمية المعززة بالتعلم اسم المتانة إذا كان من الممكن تحديد أداء أسوأ حالة لها حتى لو كانت التنبؤات المعطاة غير دقيقة.

لا تحدد خوارزميات التعلم المعزز عمومًا كيفية إجراء التنبؤ. ولهذا الغرض، يمكن استخدام التعلم الآلي .

التطبيقات

فيما يلي بعض الأمثلة على المشكلات التي تم فيها تطبيق خوارزميات التعلم المعزز.

الخوارزميات عبر الإنترنت

بدء التشغيل الدافئ

هياكل البيانات

خوارزمية البحث الثنائي هي خوارزمية لإيجاد عناصر قائمة مرتبةx1،...،xن{\displaystyle x_{1},\ldots ,x_{n}}يحتاج الأمريا(سجل(ن)){\displaystyle O(\log(n))}خطوات لإيجاد عنصر ذي قيمة معروفةy{\displaystyle y}في قائمة طويلةن{\displaystyle n}مع توقعأنا{\displaystyle i}لشغل منصبy{\displaystyle y}يمكن استخدام خوارزمية التعلم المعزز التالية. [ 1 ]

  • أولاً، انظر إلى الموقعأنا{\displaystyle i}في القائمة. إذاxأنا=y{\displaystyle x_{i}=y}تم العثور على العنصر.
  • لوxأنا<y{\displaystyle x_{i}<y}انظر إلى المواقعأنا+1،أنا+2،أنا+4،...{\displaystyle i+1,i+2,i+4,\ldots }حتى يتم إنشاء فهرسج{\displaystyle j}معxجy{\displaystyle x_{j}\geq y}تم العثور عليه.
    • قم الآن بإجراء بحث ثنائي علىxأنا،...،xج{\displaystyle x_{i},\ldots ,x_{j}}.
  • لوxأنا>y{\displaystyle x_{i}>y}، افعل نفس الشيء كما في الحالة السابقة، ولكن بدلاً من ذلك ضع في اعتباركأنا-1،أنا-2،أنا-4،...{\displaystyle i-1,i-2,i-4,\ldots }.

يُعرَّف الخطأ على أنهη=|أنا-أنا*|{\displaystyle \eta =|ii^{*}|}، أينأنا*{\displaystyle i^{*}}هو المؤشر الحقيقي لـy{\displaystyle y}في خوارزمية التعلم المعزز، يتم فحص المواضعأنا+1،أنا+2،أنا+4،...{\displaystyle i+1,i+2,i+4,\ldots }يأخذسجل2(η){\displaystyle \log _{2}(\eta )}خطوات. ثم يتم إجراء بحث ثنائي على قائمة لا يتجاوز حجمها2η{\displaystyle 2\eta }، الأمر الذي يستغرقسجل2(η){\displaystyle \log _{2}(\eta )}خطوات. وهذا يجعل إجمالي وقت تشغيل الخوارزمية2سجل2(η){\displaystyle 2\log _{2}(\eta )}لذا، عندما يكون الخطأ صغيرًا، تكون الخوارزمية أسرع من البحث الثنائي العادي. وهذا يدل على اتساق الخوارزمية. حتى في أسوأ الحالات، سيكون الخطأ في حد أقصىن{\displaystyle n}ثم تستغرق الخوارزمية على الأكثريا(سجل(ن)){\displaystyle O(\log(n))}خطوات، لذا فإن الخوارزمية قوية.

أمثلة أخرى

خوارزميات التقريب

تصميم الآلية

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 ميتزنماخر، مايكل ؛ فاسيلفيتسكي، سيرجي (31 ديسمبر 2020). "الخوارزميات مع التنبؤات". ما وراء تحليل أسوأ الحالات للخوارزميات . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 646-662 . arXiv : 2006.09123 . doi : 10.1017/9781108637435.037 . ISBN  978-1-108-63743-5.
  2. بوروهيت، مانيش؛ سفيتكينا، زويا؛ كومار، رافي ( 2018). "تحسين الخوارزميات عبر الإنترنت من خلال تنبؤات التعلم الآلي" . التقدم في أنظمة معالجة المعلومات العصبية 31 (NeurIPS 2018) . مونتريال، كندا. ص 9684-9693 . تاريخ الاسترجاع: 18 ديسمبر 2025 . 
  3. بانسال، نيخيل؛ كويستر، كريستيان؛ كومار، رافي؛ بوروهيت، مانيش؛ في، إريك (يناير 2022). "الترقيم الموزون المعزز بالتعلم". وقائع ندوة ACM-SIAM السنوية لعام 2022 حول الخوارزميات المنفصلة (SODA) . جمعية الرياضيات الصناعية والتطبيقية. الصفحات 67-89 . doi : 10.1137/1.9781611977073.4 . ISBN  978-1-61197-707-3.
  4. باماس، إتيان؛ ماجيوري، أندرياس؛ سفينسون، أولا (2020). "طريقة الثنائية الأولية لتعلم الخوارزميات المعززة" . التقدم في أنظمة معالجة المعلومات العصبية 33 (NeurIPS 2020) . مؤتمر افتراضي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 ديسمبر 2025 .
  5. غريغوريسكو، إيلينا؛ لين، يونغ سان؛ سيلوال، سانديب؛ سونغ، ماويوان؛ تشو، سامسون (2022). "خوارزميات معززة بالتعلم للبرمجة الخطية وشبه المحددة عبر الإنترنت". arXiv : 2209.10614 [ cs ].
  6. إم، سونغجين؛ كومار، رافي؛ منتظر قائم، مهشيد؛ بوروهيت، مانيش (2021). "جدولة غير استشرافية مع تنبؤات" . وقائع الندوة الثالثة والثلاثين لجمعية الحوسبة الآلية حول التوازي في الخوارزميات والهياكل (SPAA 2021) . مؤتمر افتراضي، الولايات المتحدة الأمريكية: جمعية الحوسبة الآلية. الصفحات 285-294 . doi : 10.1145/3409964.3461790 . تاريخ الاسترجاع: 18 ديسمبر 2025 . 
  7. ليندرماير، ألكسندر؛ ميغو، نيكول (2025). "توقعات التبديل للجدولة غير الاستبصارية" . معاملات ACM في الحوسبة المتوازية . 12 (2). ACM: 4:1–4:26. ​​doi : 10.1145/3711872 . تم الاسترجاع في 18 ديسمبر 2025 .
  8. جين، بيلي؛ ما، ويل (2022). "المطابقة الثنائية عبر الإنترنت مع تقديم المشورة: مفاضلات صارمة بين المتانة والاتساق لنموذج المرحلتين" . التقدم في أنظمة معالجة المعلومات العصبية 35 (NeurIPS 2022) . نيو أورليانز، لويزيانا، الولايات المتحدة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 ديسمبر 2025 .
  9. دينيتز، مايكل؛ إم، سونغجين؛ لافاستيدا، توماس؛ بنجامين، بنجامين؛ فاسيلفيتسكي، سيرجي (2021). "مطابقات أسرع عبر الثنائيات المُتعلمة". التطورات في أنظمة معالجة المعلومات العصبية (ملف PDF) . كوران أسوشيتس، إنك.
  10. كوهين-أداد، فينسنت؛ دورسي، توماسو؛ غوبتا، أنوبام؛ لي، إيوونغ؛ بانيغراهي، ديبماليا (2024). "خوارزميات التقريب المعززة بالتعلم لمسألة القطع الأقصى والمسائل ذات الصلة" . التقدم في أنظمة معالجة المعلومات العصبية 38 (NeurIPS 2024) . فانكوفر، كولومبيا البريطانية، كندا . تاريخ الاسترجاع: 18 ديسمبر 2025 .
  11. أنطونياديس، أنطونيوس؛ إلياس، ماريك؛ بولاك، آدم؛ فينزين، موريتز (2025). "خوارزميات التقريب للتحسين التوافقي مع التنبؤات" . وقائع المؤتمر الدولي الثالث عشر حول تمثيلات التعلم (ICLR 2025) . سنغافورة: OpenReview . تاريخ الاسترجاع: 18 ديسمبر 2025 .
  12. أغراوال، بريانك؛ بالكانسكي، إريك؛ غكاتزيليس، فاسيليس؛ أو، تينغتينغ؛ تان، شيزي (2024). "تصميم الآليات المعزز بالتعلم: الاستفادة من التنبؤات لتحديد مواقع المرافق" . رياضيات بحوث العمليات . 49 (4). INFORMS: 2626–2651 . doi : 10.1287/MOOR.2022.0225 . تاريخ الاسترجاع: 18 ديسمبر 2025 .