Deep Reinforcement Learning in Cart Pole and Pong

In this project, we aim to reproduce previous resultsachieved with Deep Reinforcement Learning. We present theMarkov Decision Process model as well as the algorithms Q-learning and Deep Q-learning Network (DQN). We implement aDQN agent, first in an environment called CartPole, and later inthe game Pong.Our agent was able to solve the CartPole environment in lessthan 300 episodes. We assess the impact some of the parametershad on the agents performance. The performance of the agentis particularly sensitive to the learning rate and seeminglyproportional to the dimension of the neural network. The DQNagent implemented in Pong was unable to learn, performing atthe same level as an agent picking actions at random, despiteintroducing various modifications to the algorithm. We discusspossible sources of error, including the RAM used as input,possibly not containing sufficient information. Furthermore, wediscuss the possibility of needing additional modifications to thealgorithm in order to achieve convergence, as it is not guaranteedfor DQN.Målet med detta projekt är att reproducera tidigare resultat som uppnåtts med Deep Reinforcement Learning. Vi presenterar Markov Decision Process-modellen samt algoritmerna Q-learning och Deep Q-learning Network (DQN). Vi implementerar en DQN agent, först i miljön CartPole, sedan i spelet Pong. Vår agent lyckades lösa CartPole på mindre än 300 episoder. Vi gör en bedömning av vissa parametrars påverkan på agentens prestanda. Agentens prestanda är särskilt känslig för värdet på ”learning rate” och verkar vara proportionell mot dimensionen av det neurala nätverket. DQN-agenten som implementerades i Pong var oförmögen att lära sig och spelade på samma nivå som en agent som agerar slumpmässigt, trots att vi introducerade diverse modifikationer. Vi diskuterar möjliga felkällor, bland annat att RAM, som används som indata till agenten, eventuellt saknar tillräcklig information. Dessutom diskuterar vi att ytterligare modifikationer kan vara nödvändiga för uppnå konvergens eftersom detta inte är garanterat för DQN.Kandidatexjobb i elektroteknik 2020, KTH, Stockhol