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개발자로서 현장에서 일하면서 새로 접하는 기술들이나 알게된 정보 등을 정리하기 위한 블로그입니다. 운 좋게 미국에서 큰 회사들의 프로젝트에서 컬설턴트로 일하고 있어서 새로운 기술들을 접할 기회가 많이 있습니다. 미국의 IT 프로젝트에서 사용되는 툴들에 대해 많은 분들과 정보를 공유하고 싶습니다.
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What Is AWS DeepRacer?

2018.12.23 12:18 | Posted by 솔웅




AWS DeepRacer consists of the following components:


AWS DeepRacer는 다음과 같은 콤포넌트들로 구성돼 있다.


  • An AWS Machine Learning service to train and evaluate reinforcement learning models.

  • 강화 학습 모델들을 훈련하고 평가하기 위한 AWS Machine Learning service

  • AWS DeepRacer scale model vehicles that can drive themselves by running inference on a trained reinforcement learning model.

  • AWS DeepRacer scale model 차량은 훈련된 reinforcement learning model 을 기반한 추론을 실행함으로서 스스로 운전할 수 있음

  • AWS DeepRacer Racing Leagues for the participants to learn from and inspire each other through competitions on model performances.

  • AWS DeepRacer Racing Leagues는 참가자들이 DeepRacer 운행관련 경쟁을 통해 서로 배우고 영감을 주고받는 기회를 제공함



It provides you with an interactive learning platform for users of all levels to learnreinforcement learning and to prototype autonomous driving applications.

이를 통해 모든 사용자가 reinforcement learning을 배우고 자율 주행 어플리케이션의 기본 틀을 만들 수 있는 상호 작용하는 learning platform을 여러분에게 제공하게 됩니다.


With a cloud-based simulator and an AWS DeepRacer model vehicle, AWS DeepRacer lets you train, evaluate, and experiment with reinforcement learning models for autonomous racing in a virtual or physical environment.


클라우드 기반 시뮬레이터와 AWS DeepRacer model 차량을 가지고 여러분이 가상 혹은 실제 환경에서 자율 주행 레이싱을 하도록 reinforcement learning models을 이용해 훈련하고 평가하고 실험할 수 있도록  AWS DeepRacer는 그 기회를 제공합니다.



Topics



The AWS DeepRacer Console





The AWS DeepRacer console is a graphical user interface to interact with the AWS DeepRacer service. You can use the console to train a reinforcement learning model, to evaluate the model performance in simulation as rendered by the AWS RoboMaker simulator.

AWS DeepRacer console은  AWS DeepRacer service와 상호 작용하는 graphical user interface 입니다. 이 콘솔을 사용하여 AWS RoboMaker 시뮬레이터에서 렌더링 한 시뮬 레이션에서 모델 성능을 평가하는 강화 학습 모델을 학습 할 수 있습니다.


In summary, the AWS DeepRacer console supports the following features:

요약하면 AWS DeepRacer 콘솔은 다음 기능을 지원합니다.

  • The AWS DeepRacer console lets you create a training job to train a reinforcement learning model, with a specified reward function, optimization algorithm, environment, and hyperparameters.

  • AWS DeepRacer console을 사용하면 reinforcement learning model 트레이닝을 위한 훈련작업을 만들 수 있습니다. 이 작업은 특정 보상기능, 최적화된 알고리즘, 환경 그리고 hyperparameters 등을 사용해서 이루어 질 수 있습니다.

  • The AWS DeepRacer console provides a simulated track for you to train and evaluate a model on a selected track.

  • AWS DeepRacer console은 훈련하기 위한 시뮬레이트 된 트랙과 해당 트랙에서의 모델 평가 등을 제공합니다.

  • The AWS DeepRacer console lets you clone a trained model to retrain it by tuning hyperparameters to optimize your model's performance.

  • AWS DeepRacer console을 사용하면 hyperparameters를 튜닝함으로서 훈련 모델을 복제해 해당 모델의 성능을 최적화 할 수 있습니다.



AWS DeepRacer Vehicles as Physical Agents


The AWS DeepRacer vehicle is a scaled-down physical vehicle that can drive itself on a real track using a deployed reinforcement learning model.

AWS DeepRacer 차량은 deploy된 reinforcement learning model을 하용해 실제 트랙에서 차량을 드라이브 할 수 있는 실제 차량의 축소본입니다.

  • You can manually control the vehicle, or turn the autonomous mode that requires a deployed model.

  • 여러분은 직접 수동으로 차량을 컨트롤 할 수 있으며 자율 모드를 켜 필요한 deployed model을 이용할 수도 있습니다.

  • The autonomous mode runs inference on the vehicle's compute module, aided with images from the camera.

  • 자율 모드는 차량의 compute module에서 inference(추론)을 실행하게 되며 이 과정에서 카메라를 통해 얻은 이미지를 활용하게 됩니다.


The AWS DeepRacer League






The AWS DeepRacer League is an important component of AWS DeepRacer. It is intended to foster communal learning and collaborative exploration through sharing and competitions.


AWS DeepRacer 리그는  AWS DeepRacer의 중요한 구성 요소입니다. 공유 및 경쟁을 통해 공동 학습 및 공동 탐사를 촉진하기위한 것입니다.



Learning with a group of like-minded developers can be rewarding because group members can share insights and learn from each other. Competitions can serve as powerful motivations for participants to inspire each other. AWS DeepRacer then ranks the performance for the users to discover the good, better, and best models of the group.


이 분야에 흥미를 가지고 있는 개발자들과 함께 배운다는 것은 매우 도움이 됩니다. 왜냐하면 서로 서로 자기가 이해한 것과 배운것들을 나눌 수 있기 때문이죠. 이 리그 참가자들은 경쟁을 통해 서로에게 강력한 모티베이션을 받을 수 있습니다. AWS DeepRacer는 참가자들의 퍼포먼스를 보고 그 그룹의 최고 수상자와 대상 우수상등을 평가하게 됩니다.



AWS DeepRacer As an End-to-End Learning Platform





Reinforcement learning, especially deep reinforcement learning, has proven effective in solving a wide array of autonomous decision-making problems. It has applications in financial trading, data center cooling, fleet logistics, and autonomous racing, to name a few.

Reinforcement learning 특히 심층 Reinforcement learning은 광범위한 자율적 의사결정 문제를 해결하는데 아주 효과적임이 입증 되었습니다. 금융 거래, 데이터 센터 냉각(온도 관리) 그리고 자율 주행 경주 분야에 이를 이용한 어플리케이션들이 있습니다.



As someone new to reinforcement learning, you might be intrigued by it's potential to solve real-world problems. You might like to acquire the necessary skills to tackle challenges in your business or application domain. However, reinforcement learning has a steep learning curve due to extensive technological scope and depth the field depends on. Real-world experimentation requires constructing a physical agent (e.g., an autonomous racing car). It also requires that you secure a physical environment (e.g., a driving track or public road), which can be costly, hazardous, and time-consuming. The requirements go beyond merely understanding reinforcement learning.

reinforcement learning에 대해 잘 모르시는 분들이 있다면 여러분은 아마 곧 이 방법론이 실제 세상의 여러가지 문제들을 해결할 수 있는 그 잠재력이 있다는 것에 대해 알게 되고 흥미를 가지게 될 것입니다. 여러분의 사업이나 application domain에 있는 문제들을 해결하는데 필요한 기술들을 얻으실 수 있을 겁니다.  reinforcement learning은 광범위한 기술 범위와 해당 분야의 깊이의 특성으로 인해 가파른 학습 곡선을 갖습니다. 실제 세상에서의 실험은 물리적인 시설이 요구 됩니다. (예: 자율 주행 레이싱 자동차 등). 또한 준비하기에 비싸고, 위험하고 시간 소모적일 수 있는 물리적인 환경도 확보해야 합니다. (예: 운전 트랙, 공공 도로 등) 단순히 reinforcement learning에 대해 이해하는 것 만으로 충족되지 않는 그 이상의 요구되는 조건들이 있다는 것입니다.



To help lower the learning curve, AWS DeepRacer simplifies the process in three ways:

배움의 기복을 줄이기 위해 AWS DeepRacer는 다음과 같은 세가지 방법으로 프로세스를 단순화 합니다.


  • By offering a wizard to guide training and evaluating reinforcement learning models pre-defined environments including states, actions and customizable reward functions.

  • 사전 정의된 상태, 동작 그리고 사용자 정의 가능한 보상기능 등을 포함한 환경이 있는 reinforcement learning models을 가지고 wizard를 통해 훈련과 평가 등을 가이드 하는 기능을 제공합니다.

  • By providing a simulator to emulate interactions between a virtual agent and a virtual environment.

  • 가상 에이전트와 가상 환경 사이의 상호 작용들을 에뮬레이트 하기 위한 시뮬레이터를 제공합니다.

  • By offering an AWS DeepRacer vehicle as a physical agent for evaluation of a trained model in a physical environment. This closely resembles a real-world use case.

  • 실제 물리적인 AWS DeepRacer 자동차를 제공해 실제 물리적 환경에서 훈련된 모델을 평가 할 수 있도록 합니다. 이는 실제 세상에서의 use case와 유사한 상황과 결과를 제공할 겁니다.


At a high level, using AWS DeepRacer to develop reinforcement learning skills and to explore its application goes as follows:


대략적으로 AWS DeepRacer를 사용해서 reinforcement learning 기술을 개발하고 실제 응용프로그램을 개발하고 배우는 과정은 다음과 같습니다.


  1. Create and train a reinforcement learning model using a wizard on the AWS DeepRacer console.

    AWS DeepRacer 콘솔에서 wizard를 사용해 reinforcement learning model을 생성하고 훈련합니다.

  2. Evaluate the trained model on a chosen track to observe how it performs and to determine how to tune the model.

    트랙을 선택해서 훈련된 모델을 평가하여 그 모델이 어떻게 작동하고 어떻게 개선되어야 하는지를 알수 있도록 합니다.

  3. Deploy the trained model to an AWS DeepRacer vehicle. Let the vehicle drive itself on a track that is built according to AWS DeepRacer track specifications for a physical experience.

    해당 훈련된 모델을 AWS DeepRacer 차량에 Deploy 합니다. 그 차량이 해당 트랙에서 스스로 드라이브 하도록 합니다. 이 트랙은 실제 물리적 환경에서의 실험을 위해 AWS DeepRacer에서 지정한 스펙에 맞도록 만들어 진 트랙 입니다.









AWS DeepRacer Basic Concepts and Terminology


AWS DeepRacer builds on the following concepts and uses the following terminology.

AWS DeepRacer

Also referred to as AWS DeepRacer vehicle. One type of AWS DeepRacer vehicle is an AWS DeepRacer car that is a 1:18-scale model car. It has a mounted camera and an on-board compute module. The module can run inference against a deployed reinforcement learning model in order to drive itself along a track. The compute module and the vehicle chassis are powered by dedicated batteries known as the compute battery and the drive battery, respectively.

AWS DeepRacer vehicle이라고도 합니다. 이는 실제 차량의 1/18로 축소된 AWS DeepRacer 차량입니다. 이 차량에는 카메라와 compute module이 장착돼 있습니다. 이 모듈은 이 차량에 deploy된 트랙에서 스스로 드라이브할 수 있도록 미리 훈련된 reinforcement learning model과 작동하여 inference(추론)를 하게 됩니다. compute module과 차량 새새들은 compute battery라고 알려진 전용 배터리와 driver 배터리를 통해 전원이 공급되게 됩니다.


AWS DeepRacer service

An AWS Machine Learning service for learning and exploring reinforcement learning with applications focused on autonomous racing. The AWS DeepRacer service supports the following features:

AWS 머쉰 러닝은 자율 주행에 촛점을 맞춘 어플리케이션으로 reinforcement learning을 배우고 탐구하기 위한 서비스 입니다. AWS DeepRacer service는 다음과 같은 기능을 지원합니다.

  1. Training a reinforcement learning model on the cloud.

    클라우드상에서의 reinforcement learning model 훈련하기

  2. Evaluating the trained model in the AWS DeepRacer console.

    AWS DeepRacer 콘솔에서 훈련된 모델을 평가하기

  3. Download the trained model artifacts to an AWS DeepRacer vehicle.

     AWS DeepRacer 차량에 훈뎐된 모델 artifacts 다운로드하기



Reinforcement learning

A machine learning method that is focused on autonomous decision making by an agent to achieve specified goals through interactions with an environment. In reinforcement learning, learning is achieved through trial and error and training does not require labeled input, but relies on the reward hypothesis. The hypothesis stipulates that all goals can be achieved by maximizing the expected future reward over all action sequences. In reinforcement learning, designing the reward function is critical. The better crafted reward function, the better the agent can decide what actions to take to reach the goal.

For autonomous racing, the agent is a vehicle. The environment includes traveling routes and traffic conditions. The goal is for the vehicle to reach its destination in a timely manner without accidents. Rewards are scores used to encourage safe and speedy travel to the destination. The scores penalize dangerous and wasteful driving.


machine learning 방법론으로 자율적인 의사결정에 촛점을 맞춘 기계학습 방법입니다. 이는 어떤 환경과 상호 작용함을 통해 지정된 목표를 달성하기 위한 에이전트에 의해 수행됩니다.
reinforcement learning에서 learning은 어떠한 input을 필요로하지 않고 reward hypothesis에 의해 시도하고 실패하는 과정을 통해 획득되어 집니다.
hypothesis(가설)은 모든 action sequences를 통해 기대되는 미래의 보상을 극대화 함으로서 목표를 달성할 수 있다고 규정하고 있다. 좀 더 나은 보상 기능 (reward function)과 좀 더 나은 에이전트는 그 목표를 달성하기 위한 액션들을 결정할 수 있다. 자율 주행에서 에이전트는 차량이 된다. 환경은 주행하는 루트(트랙)과 traffic(교통) conditions이 포함된다. 그 차량의 목표는 사고 없이 최단시간에 목적지에 도달하는 것이다. 보상 (Rewards)는 목적지까지 안전하고 빨리 주행하도록 하는 점수 이다. 이 점수는 위험하고 시간낭비적인 주행에 대해서는 페널티를 줍니다.



To encourage learning during the training process, the reinforcement learning agent must be allowed to pursue individual actions that might not result in higher rewards from time to time. This practice is referred to as the exploration and exploitation trade-off. It helps reduce or remove the likelihood that the agent might be misguided into spurious destinations.


훈련 과정에서 해당 학습을 장려하기 위해 reinforcement learning은 수시로 좀 더 높은 보상을 얻을 수 없는 개별적인 액션들에 대해 멈출 수 있도록 하는 기능이 반드시 허용되어야 합니다. 이러한 practice는 탐구와 착취 (exploitation)의 거래라고 합니다. 이 방법은 에이전트가 잘못된 가이드로 인해 잘못된 목적지에 도달할 가능성을 줄이거나 제거하는데 도움이 됩니다.


For a more formal definition, see reinforcement learning on Wikipedia.


Reinforcement learning model

The environment prescribes the states it has, the actions that can be taken by the agent and the rewards that will be received by taking these actions. The strategy with which the agent decides its action is referred to as a policy. Hence the policy takes the environment state as input and outputs the action to take. In deep reinforcement learning, the policy is often represented by a deep neural network, and we refer to this as the reinforcement learning model. It is used to run inference both in simulation and in the AWS DeepRacer model vehicle to power autonomous racing. Each training job generates one model. A model can be generated even if the training job is terminated early. A model is immutable, which means it cannot be modified and overwritten after it's created.

환경은 에이전트가 취할 수있는 조치와 이러한 조치를 취함으로써 수령 할 보상을 규정합니다. 에이전트가 조치를 결정하는 전략을 정책이라고합니다. 따라서 정책은 환경 상태를 입력으로 취하여 취할 조치를 출력합니다. 심층 강화 학습에서는 정책이 심층 신경 네트워크로 대표되는 경우가 많으며 이를 보강 학습 모델이라고합니다. 시뮬레이션 및 AWS DeepRacer 모델 차량에서 추측을 실행하여 자율적 인 경주에 힘을 실어주는 데 사용됩니다. 각 교육 작업은 하나의 모델을 생성합니다. 훈련 작업이 조기에 종료 되더라도 모델을 생성 할 수 있습니다. 모델은 변경 불가능합니다. 즉, 모델을 수정 한 후에는 덮어 쓸 수 없습니다.







Training job

A training job is a workload that trains a reinforcement learning model and outputs the trained model artifacts to run inference on. Each training job produces one and only one model. The AWS DeepRacer console creates a training job for you when you create and train a model. For each job, you can do the following:

교육 작업은 보강 학습 모델을 훈련하고 유추 된 실행을 위해 훈련 된 모델 아티팩트를 출력하는 워크로드입니다. 각 교육 과정은 하나의 모델 만 생성합니다. AWS DeepRacer 콘솔은 모델을 생성하고 훈련 할 때 교육용 작업을 생성합니다. 각 작업에 대해 다음을 수행 할 수 있습니다.

  • View the training progress while the job is running.

  • View the training summary after the job is done.

  • Terminate a training job in progress at any time.

  • 작업이 진행되는 동안 교육 과정을 봅니다.
    작업이 완료된 후 교육 요약을 봅니다.
    진행중인 교육 일을 언제든지 종료합니다.


Evaluation job

An evaluation job is a workload that tests the performance of a model measured by given metrics after the training job is done. With AWS DeepRacer, the standard performance metric is the driving time an agent takes to complete a lap in a track and an additional metric is the percentage of the lap completed. To evaluate a trained model in AWS DeepRacer, you can do the following:


평가 작업은 교육 작업이 완료된 후 주어진 측정 항목으로 측정 된 모델의 성능을 테스트하는 workload입니다. AWS DeepRacer의 표준 성능 메트릭은 에이전트가 트랙에서 랩을 완료하는 데 걸리는 주행 시간이며 추가 메트릭은 완료된 랩의 백분율입니다. AWS DeepRacer에서 숙련 된 모델을 평가하려면 다음을 수행하십시오.



  • Configure and start an evaluation job.

  • View the evaluation progress while the job is running.

  • View the evaluation summary after the job is done.

  • Terminate an evaluation job at any time.

    평가 작업을 구성하고 시작하십시오.
    작업이 실행되는 동안 평가 진행률을 봅니다.
    작업 완료 후 평가 요약을 봅니다.
    언제든지 평가 작업을 종료합니다.


AWS DeepRacer simulator

A virtual environment, set up as a racing track, within which our agent can act, receive rewards, and learn how to race around the track.

레이싱 트랙으로 설정되는 가상 환경. 상담원이 행동하고 보상을받으며 트랙 주위에서 경주하는 방법을 배웁니다.


AWS DeepRacer vehicle

See AWS DeepRacer


AWS DeepRacer car

A type of AWS DeepRacer vehicle that is a 1/18 scale model car.

1/18 의 비율로 축소된 모델 자동차 인 AWS DeepRacer 차량 유형입니다.


Machine-learning frameworks

Refer to the software libraries used for building machine learning algorithms. Supported frameworks for AWS DeepRacer include Tensorflow.

기계 학습 알고리즘을 작성하는 데 사용되는 소프트웨어 라이브러리를 참조하십시오. AWS DeepRacer에 지원되는 프레임 워크에는 Tensorflow가 포함됩니다.


Policy network

A policy network is the neural network that is trained. It takes video images as input and predicts the next step actions for the agent. Depending on the algorithm, it may also evaluate the value of current state.

정책 네트워크는 훈련 된 신경 네트워크입니다. 비디오 이미지를 입력으로 받아 에이전트의 다음 단계 조치를 예측합니다. 알고리즘에 따라 현재 상태 값을 평가할 수도 있습니다.


Optimization algorithm

An optimization algorithm is the algorithm used to train a model. For supervised training, it calls for optimization by minimizing a loss function with a particular strategy to update weights. For reinforcement learning, it implements optimization by maximizing the expected future rewards with a particular reward function.

최적화 알고리즘은 모델을 훈련시키는 데 사용되는 알고리즘입니다. 감독 학습의 경우, 가중치를 업데이트하기위한 특정 전략으로 손실 함수를 최소화하여 최적화를 요구합니다. 강화 학습의 경우 특정 보상 기능으로 예상되는 미래 보상을 최대화하여 최적화를 구현합니다.


Hyperparameters

Hyperparameters are the tunable parameters that can be used to optimize the training performance.

하이퍼 매개 변수는 교육 성능을 최적화하는 데 사용할 수있는 튜너블 매개 변수입니다.


AWS DeepRacer Track

An AWS DeepRacer track is the virtual environment on which a model is trained and on which the trained model can be evaluated.

AWS DeepRacer 트랙은 모델을 학습하고 훈련 된 모델을 평가할 수있는 가상 환경입니다.


Reward function

A reward function is a signaling function that indicates to the agent whether the action performed resulted in:

보상 기능은 수행 된 조치가 다음과 같은 결과를 가져 왔는지 여부를 에이전트에게 표시하는 신호 기능입니다.

  • A good outcome that should be reinforced.

  • A neutral outcome.

  • A bad outcome that should be discouraged.

    좋은 결과가 강화되어야합니다.
    중립적 인 결과.
    나쁜 결과는 벌을 주어야 합니다


The reward function is a critical component of reinforcement learning. It determines the behavior that the agent will learn by incentivizing specific actions over others. The user provides the reward function by using the Python language, and this reward function is used to train the reinforcement learning model by using the optimizing algorithm.

보상 기능은 보강 학습의 중요한 구성 요소입니다. 에이전트가 다른 사람들보다 특정 행동을 장려함으로써 행동을 결정합니다. 사용자는 Python 언어를 사용하여 보상 기능을 제공하며이 보상 기능은 최적화 알고리즘을 사용하여 강화 학습 모델을 학습하는 데 사용됩니다.

Total reward means the sum of all the reward the agent received during an episode.

총 보상은 에피소드 중에 상담원이받은 모든 보상의 합계를 의미합니다.


AWS DeepRacer Episode

Episode is one simulation iteration from the starting state, e.g., the start of the lap, to a termination state, going off-track, or finishing the lap.

에피소드는 시작 상태, 예를 들어 랩의 시작에서 종료 상태, 오프 트랙으로 진행하거나 랩을 완료하는 것과 같은 하나의 시뮬레이션 반복이다.





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