李长喜
Associate Professor
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Research Focus
博弈控制论

简介

博弈论与控制理论相互交叉融合的新兴学科,在航空航天、人工智能、路径规划、任务分配等领域有较强的应用背景。博弈论控制论虽然研究对象不同,但两者都关注系统中的交互和决策。从博弈论的角度来理解控制论,可以更深入地认识到控制系统中存在的博弈关系,以及如何利用博弈论的工具来设计更有效的控制策略。

1. 控制系统中的博弈关系

   1.1 系统与控制器之间的博弈:

系统可以看作是一个“玩家”,它会根据控制器的输入做出相应的反应。

控制器则是另一个“玩家”,它的目标是通过输出信号来使系统达到期望的状态。

控制器需要根据系统的反馈信息不断调整自己的策略,以达到最优的控制效果。

   1.2 系统内部各组件之间的博弈:

在复杂的系统中,各个组件之间可能存在竞争或合作的关系。

控制器需要协调这些组件之间的关系,以实现系统的整体目标。

2. 博弈论在控制论中的应用

  •    2.1 博弈论模型的建立:

  • 将控制系统抽象为一个博弈模型,明确参与者、策略空间、收益函数等要素。

  • 常用的博弈模型包括静态博弈、动态博弈、合作博弈等。

  •    2.2 最优控制策略的设计:

  • 利用博弈论的均衡概念(如纳什均衡),寻找系统和控制器之间的最优策略组合。

  • 考虑系统的动态特性,设计动态博弈模型,以实现更灵活的控制。

  •    2.3 不确定性下的控制:

  • 博弈论可以用来处理系统中的不确定性,例如对手的策略、环境的干扰等。

  • 通过引入贝叶斯博弈等模型,可以设计出具有鲁棒性的控制策略。

  •    2.4 多智能体系统控制:

  • 在多智能体系统中,每个智能体都可以看作是一个博弈参与者。

  • 利用博弈论的方法,可以协调多个智能体的行为,实现系统的整体目标。

3. 博弈论在控制论中的优势

  • 更全面地描述系统: 博弈论可以考虑系统中多个参与者的交互作用,从而更全面地描述系统的行为。

  • 提供更灵活的控制策略: 博弈论可以设计出适应不同场景的控制策略,提高控制系统的鲁棒性。

  • 处理复杂系统: 博弈论可以用于分析和控制复杂的系统,例如社会系统、生态系统等。

总结

将博弈论引入控制论,可以为我们提供一个新的视角来理解和设计控制系统。通过将控制问题转化为博弈问题,我们可以更深入地分析系统的动态特性,并设计出更有效的控制策略。

思考方向

  • 强化学习与博弈论: 如何将博弈论的思想融入到强化学习算法中,以提高智能体的决策能力?

  • 多智能体系统控制: 如何设计分布式的博弈算法,实现多智能体系统的协同控制?

  • 对抗博弈与鲁棒控制: 如何利用对抗博弈的思想,提高控制系统的鲁棒性?


备注:介绍源于豆瓣用户eigenstate的评论

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