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POMDP가 뭐야?

Programming & CS

📌 POMDP 구성요소 (수식 기반)

POMDP는 다음 7개의 요소로 정의됩니다:

$$ \text{POMDP} = \langle S, A, T, R, O, Z, \gamma \rangle $$

기호의미
$S$상태(state)들의 집합
$A$행동(action)들의 집합
$T(s’ \mid s, a)$상태 전이 확률: 행동 $a$를 취했을 때, 상태 $s$에서 $s’$로 전이할 확률
$R(s, a)$보상 함수: 상태 $s$에서 행동 $a$를 했을 때의 기대 보상
$O$관측값(observation)들의 집합
$Z(o \mid s’, a)$관측 확률: $a$를 했을 때 $s’$에 도달한 뒤, 관측값 $o$를 얻을 확률
$\gamma$할인율 (0 ≤ $\gamma$ ≤ 1)

📌 1. belief state (신념 상태)

에이전트는 현재 상태를 직접 알 수 없으므로, 다음과 같이 상태에 대한 확률 분포를 유지합니다:

$$ b(s) = P(\text{현재 상태가 } s) $$

이를 belief state라고 부릅니다. 즉, 상태 공간 $S$에 대해 다음과 같은 확률 분포를 가집니다:

$$ b: S \rightarrow [0, 1], \quad \sum_{s \in S} b(s) = 1 $$


📌 2. Belief 업데이트 수식 (Bayes 필터)

행동 $a$ 후 관측 $o$를 받았을 때 belief를 업데이트하는 수식은:

$$ b’(s’) = \eta \cdot Z(o \mid s’, a) \cdot \sum_{s \in S} T(s’ \mid s, a) \cdot b(s) $$

여기서:


📌 3. 가치 함수 (Value Function)

belief에 기반한 가치 함수는 다음과 같이 정의됩니다:

$$ V(b) = \max_{a \in A} \left[ \sum_{s \in S} b(s) R(s, a) + \gamma \sum_{o \in O} P(o \mid b, a) V(b_{a,o}) \right] $$

여기서:


📌 4. 관측 확률 계산

$$ P(o \mid b, a) = \sum_{s’} Z(o \mid s’, a) \sum_{s} T(s’ \mid s, a) b(s) $$


🧠 핵심 요약

개념수식
Belief $b(s)$상태 $s$에 있을 확률
업데이트(b’(s’) = \eta Z(os’,a) \sum_s T(s’s,a) b(s))
가치함수(V(b) = \max_a [ \sum_s b(s) R(s,a) + \gamma \sum_o P(ob,a) V(b_{a,o}) ])

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