A Large Language Model-Enhanced Q-learning for Capacitated Vehicle Routing Problem with Time Windows

文章主要内容

本文针对带时间窗的车辆路径问题(CVRPTW),提出了一种结合大语言模型(LLM)和Q学习的增强框架,旨在解决具有实时紧急约束的CVRPTW问题。通过将LLM的语义推理能力与强化学习的迭代优化能力相结合,框架分为LLM引导探索阶段Q网络自主优化阶段,并设计了三层自校正机制(语法验证、语义验证、物理约束执行)来提升LLM输出的可靠性。实验结果表明,该框架在经典CVRP数据集上相比传统Q学习成本平均降低7.3%,收敛速度更快。

文章创新点

  1. 两阶段自适应训练框架
    • 初期通过LLM生成候选轨迹,约束动作空间并引导探索;后期通过优先经验回放(PER)机制强化LLM经验的影响,实现从“引导探索”到“自主优化”的平滑过渡。
  2. 三层自校正机制
    • 基于思维链(CoT)设计语法、语义、物理约束三层过滤,缓解LLM的“幻觉”问题,确保生成轨迹满足问题约束。
  3. 优先经验回放(PER)增强
    • 在PER中引入LLM生成标记,提升LLM经验的采样概率,强化其在训练中的指导作用,加速收敛并提高解的质量。
  4. 多组件协同优化
    • 结合双DQN、竞争网络结构和奖励重塑,平衡值函数估计与动作优势,提升复杂环境下的决策效率
给定的参考引用中未包含关于“Learning-Enhanced Model Predictive Control for mobile robot trajectory tracking with unknown dynamics”的相关内容,所以无法根据参考引用对该问题进行解答。不过,学习增强模型预测控制(Learning-Enhanced Model Predictive Control)在具有未知动力学的移动机器人轨迹跟踪中是一种重要的方法。 在具有未知动力学的场景下,传统的模型预测控制(MPC)可能难以准确描述机器人的动态特性,导致轨迹跟踪性能不佳。而学习增强模型预测控制结合了机器学习技术与传统的MPC,利用机器学习算法(如神经网络、高斯过程等)来学习未知的动力学部分,以提高模型的准确性和控制性能。 以下是一个简单的Python伪代码示例,展示了学习增强模型预测控制的基本框架: ```python import numpy as np # 假设的机器人动力学模型(这里是简单示例,实际中可能是复杂的函数) def robot_dynamics(x, u): # x 是状态向量,u 是控制输入 # 这里简单假设线性动力学 A = np.array([[1, 0.1], [0, 1]]) B = np.array([[0.1], [0.1]]) return np.dot(A, x) + np.dot(B, u) # 机器学习模型(这里简单用一个函数代替) def learning_model(x): # 学习未知动力学部分 # 实际中可能是训练好的神经网络 return np.zeros((2, 1)) # 模型预测控制优化函数(简单示例) def mpc_optimization(x0, N): # x0 是初始状态,N 是预测时域 u_opt = np.zeros((1, N)) x_pred = np.zeros((2, N+1)) x_pred[:, 0] = x0.flatten() for i in range(N): # 结合学习模型和动力学模型 x_next = robot_dynamics(x_pred[:, i].reshape(2, 1), u_opt[:, i].reshape(1, 1)) + learning_model(x_pred[:, i].reshape(2, 1)) x_pred[:, i+1] = x_next.flatten() return u_opt # 初始状态 x0 = np.array([[0], [0]]) # 预测时域 N = 10 # 执行MPC优化 u_opt = mpc_optimization(x0, N) print(u_opt) ```
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