Datadriven beteendemodellering med genetisk programmering

Sammanfattning: Inom Totalförsvarets forskningsinstitut och Försvarsmakten finns behov av att enklare och mer effektivt (med avseende på kostnad och tid) kunna skapa bättre, mer realistiska och objektiva beteenden för de syntetiska aktörer som ingår i Försvarsmaktens simuleringsbaserade beslutsstöds- och träningsapplikationer. Den traditionella metoden för anskaffning av kunskap om ett beteende, vid utveckling av beteendemodeller, är att arbeta med experter inom ämnesområdet. Den här processen är ofta tidskrävande och dyr. Ett annat problem är att komplexiteten är begränsad av expertens kunskap och dess kognitiva förmågor. För att möta problemen undersöker den här studien en alternativ metod till utvecklandet av beteendemodeller med hjälp av maskininlärningsalgoritmer. Det här tillvägagångsättet kallas datadriven beteendemodellering. Datadriven beteendemodellering skiljer sig avsevärt från den traditionella domänexperts-metoden. I den datadrivna bygger datorprogram självständigt beteendemodellerna utifrån data och observationer utan mänsklig inverkan, medan domänexperts-metoden utvecklas för hand av människor. I studien utvecklas datadriven beteendemodellering med genetisk programmering, en maskininlärningsteknik inspirerad av den biologiska evolutionen. Tekniken går ut på att datorn försöker hitta de bästa möjliga programmen för att lösa en användardefinierad uppgift med hjälp utav, bland annat, en lämplighetsfunktion som betygsätter programmen. I den här studien byggs ett system som utför datadriven beteendemodellering med genetisk programmering för att utveckla en mjukvaruagents beteende i en simulator. I projektet användes en vargsimulator för att försöka lära upp en varg att jaga och sluka flyende får. Simulatorgenererad data används av agenten för att lära sig rörelsebeteenden via utforskning (eng. trial-and-error). Systemet är generellt genom dess förmåga att kunna anpassas till andra simuleringar och olika beteendemodeller. Resultatet av experimenten utförda med systemet visar att en upplärd varg lyckades utveckla ett skickligt datadrivet beteende där den jagade och slukade alla 46 får på under tio minuter. I jämförelse lyckades en fördefinierad skriptad centroidalgoritm äta upp fåren på ungefär åtta minuter. Slutsatsen är att lyckade och effektiva datadrivna beteenden kan utvecklas med genetisk programmering, åtminstone för detta problem, om de tillåts tillräckligt lång simuleringstid, bra konfiguration samt en gynnsam och rättvis lämplighetsfunktion.