Deep RL 시험 대비

Deep RL 시험 대비

오승상 교수 Deep Reinforcement Learning 슬라이드 1–62 (MDP → Bellman → DP → MC → TD → TD(λ)). 「딥러닝의 수학」 기출 형식을 그대로 옮겨 문제를 만들었습니다. 문제는 시험처럼 영어, 해설은 한국어입니다.

파란 글씨 → 용어 빈칸 (정의문의 주어) 빨간 글씨 → 키워드·수식 빈칸 초록 문장 → T/F 원문

출제 패턴 PAST EXAM → THIS EXAM

「딥러닝의 수학」 기출과 OhDeepLearning.pdf 원본 슬라이드(60, 68–69, 77, 84쪽)를 맞춰 보니, 문제가 슬라이드 문장에서 거의 그대로 나왔습니다.

(a)T/F · 4–5문항

슬라이드 문장을 그대로 내면 T, 한 단어만 바꾸거나 주장을 뒤집으면 F입니다.

기출 “Randomly drop hidden nodes … during only training”(T)은 Dropout 슬라이드의 초록 문장 원문. “max pooling에 learnable parameter”(F)는 슬라이드 내용을 뒤집은 것.

(b)빈칸 · 5문항

색 글씨가 빈칸이 됩니다. 정의문의 주어(파랑)와 핵심 명사(빨강)가 비고, 공식을 그대로 쓰는 문항도 섞입니다.

원본에서 Dropout·Convolution·Max pooling은 파랑, Internal Covariate Shift·scale γ·shift β는 빨강이었고, 기출에서 모두 빈칸이었습니다.

(c)서술 · 2–3문항

개념 설명 1개, 공식·알고리즘 쓰기 1개, 비교 슬라이드 그대로 1개가 나옵니다.

vanishing gradient 설명, Adam 공식, 3×3 vs 7×7(84쪽 그대로). 손글씨 기출도 T/F 5 + “~ 3가지” 키워드 + “구조+공식” 구성이 같습니다.

이번 범위에서 가장 유력한 것

  1. Bellman expectation / optimality equation 쓰기 (20, 24쪽 · 필기 “외우기”)
  2. Sarsa · Q-learning · Expected Sarsa 업데이트식, on/off-policy 구분 (51–53, 60쪽)
  3. MC vs TD 비교: 57쪽이 3×3 vs 7×7처럼 “비교 슬라이드 통째” 유형
  4. DP vs RL: planning/learning, full/sample backup, curse of dimensionality (28, 39, 42쪽)
  5. Value Iteration 단점 2가지와 robot car 계산, Policy Iteration · Policy Improvement Theorem (30–36쪽)
  6. 함정: ε-greedy 확률 1−ε+ε/m, MC는 bias 0·분산 큼, Q-learning은 overestimate·importance sampling 불필요

★ 표시는 슬라이드 색 강조와 필기(별표·형광펜)가 겹친 항목입니다. 카드의 “헷갈림” 버튼으로 다시 볼 문제를 표시하면 이 브라우저에 저장됩니다.

예상 시험지 (a) 5 · (b) 5 · (c) 3

기출과 같은 구성입니다. 기본은 가장 유력한 문항으로 골랐고, “새로 뽑기”를 누르면 전체 문제은행에서 같은 비율로 다시 뽑습니다.

(a) True / False GREEN SENTENCES

F 문항은 해설에서 어디가 바뀌었는지 짚고, 원문 문장을 초록색으로 보여 줍니다.

(b) 빈칸 채우기 BLUE · RED WORDS

영어로 입력하고 “채점”을 누르세요. 대소문자, 띄어쓰기, 하이픈은 무시하고, ε·γ·λ는 epsilon·gamma·lambda로 써도 정답 처리됩니다.

공식 쓰기 WRITE THE EQUATION

종이에 먼저 써 본 뒤 “정답 보기”로 확인하세요. 기출의 sigmoid·ReLU·Adam 자리에 들어갈 식들입니다.

(c) 서술형 EXPLAIN · COMPARE · PROVE

영어 모범답안은 슬라이드 문장으로 짰습니다. 시험에서는 그대로 옮겨 써도 됩니다. 아래 회색 칸은 한국어 핵심 요약입니다.

계산 문제 NUMBERS

슬라이드 예제(robot car, AB example)와 업데이트식 한 단계 계산입니다. 숫자는 직접 다시 계산해 검산했습니다.

한 장 요약 CHEAT SHEET

DP · MC · TD

DPMCTD (Sarsa, Q-learning)
MDPknown (model-based) → planningunknown (model-free) → learningunknown (model-free) → learning
Backupfull backupsample multi-step backup (episode)sample (one-step) backup
Update\(V(S_t)\leftarrow \mathbb E_\pi[R_{t+1}+\gamma V(S_{t+1})]\)\(V\leftarrow V+\alpha[G_t-V]\)\(V\leftarrow V+\alpha[R_{t+1}+\gamma V(S_{t+1})-V]\)
Bootstrappingyesnoyes
Bias / Variance–zero bias, high variancesome bias, low variance
Task–episodic onlyepisodic + continuing
Markovneeds Markov propertybetter in non-Markov env.more efficient in Markov env.
Evaluate\(V(s)\) (since \(|\{s\}|\ll|\{(s,a)\}|\))\(Q(s,a)\)\(Q(s,a)\)

TD control 네 가지

TargetPolicyEquation
Sarsa\(R+\gamma Q(S',A')\)on-policyBellman expectation eq.
Q-learning\(R+\gamma\max_a Q(S',a)\)off-policy (no IS needed)Bellman optimality eq.
Expected Sarsa\(R+\gamma\sum_a\pi(a|S')Q(S',a)\)(better than Sarsa, costs more)expectation over next actions
Double Q\(R+\gamma Q_2(S',\arg\max_a Q_1(S',a))\)off-policyfixes overestimation

VI vs PI

Value IterationPolicy Iteration
BackupBellman optimality: max over all actionsBellman expectation: one fixed action \(\pi(s)\)
Policycomputed once at the end (one-step lookahead)improved every round (greedification)
Cost\(O(S^2A)\) per iteration, many iterationsevaluation faster per sweep, much fewer iterations
Weaknessargmax rarely changes → policy converges long before valuesfull evaluation each time (not really necessary → GPI)

자주 나오는 함정

ε-greedy에서 greedy action 확률은 1−ε+ε/m, 나머지는 각각 ε/m
transition matrix는 각 행(row)의 합이 1
γ→0은 myopic, γ→1은 far-sight
어떤 MDP든 deterministic optimal policy가 항상 존재
v*는 q*에서 바로 구함. q*는 v*만으로는 안 되고 p(s'|s,a)가 필요
DP는 V(s), RL은 Q(s,a)를 평가 (V만으로는 model 없이 greedy 불가)
MC: bias 0, variance 큼 / TD: bias 있음, variance 작음
Q-learning: overestimate, importance sampling 불필요
off-policy MC의 IS는 분산이 매우 커짐, TD는 ratio 한 번이라 작음
Cliff: Sarsa = safer path, Q-learning = optimal path(가끔 추락)
AB example: batch MC V(A)=0, batch TD V(A)=0.75, V(B)=0.75
MC vs TD 수렴 속도는 open question (실제로는 TD가 대개 빠름)
TD(0)=TD, TD(1)≈every-visit MC; λ-return 가중치 (1−λ)λn−1
Planning = simulated experience(model), Learning = real experience(env.)