In the field of high-performance computing (HPC), there has been recent exploration into the use of deep reinforcement learning for cluster scheduling (DRL scheduling), which has demonstrated promising outcomes. However, a significant challenge arises from the lack of interpretability in deep neural networks (DNN), rendering them as black-box models to system managers. This lack of model interpretability hinders the practical deployment of DRL scheduling. In this work, we present a framework called IRL (Interpretable Reinforcement Learning) to address the issue of interpretability of DRL scheduling. The core idea is to interpret DNN (i.e., the DRL policy) as a decision tree by utilizing imitation learning. Unlike DNN, decision tree models are non-parametric and easily comprehensible to humans. To extract an effective and efficient decision tree, IRL incorporates the Dataset Aggregation (DAgger) algorithm and introduces the notion of critical state to prune the derived decision tree. Through trace-based experiments, we demonstrate that IRL is capable of converting a black-box DNN policy into an interpretable rulebased decision tree while maintaining comparable scheduling performance. Additionally, IRL can contribute to the setting of rewards in DRL scheduling.


翻译:在高性能计算(HPC)领域,近年来已开始探索将深度强化学习用于集群调度(DRL调度),并取得了令人鼓舞的成果。然而,一个重大挑战在于深度神经网络(DNN)缺乏可解释性,使其对系统管理者而言成为黑箱模型。这种模型可解释性的缺失阻碍了DRL调度的实际部署。本文提出一个名为IRL(可解释强化学习)的框架,以解决DRL调度的可解释性问题。其核心思想是通过利用模仿学习,将DNN(即DRL策略)解释为决策树。与DNN不同,决策树模型是非参数化的,易于人类理解。为提取有效且高效的决策树,IRL融入了数据集聚合(DAgger)算法,并引入关键状态的概念来修剪生成的决策树。通过基于轨迹的实验,我们证明IRL能够将黑箱DNN策略转化为可解释的基于规则的决策树,同时保持相近的调度性能。此外,IRL还可为DRL调度中的奖励设置提供助力。

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决策树(Decision Tree)是在已知各种情况发生概率的基础上,通过构成决策树来求取净现值的期望值大于等于零的概率,评价项目风险,判断其可行性的决策分析方法,是直观运用概率分析的一种图解法。由于这种决策分支画成图形很像一棵树的枝干,故称决策树。在机器学习中,决策树是一个预测模型,他代表的是对象属性与对象值之间的一种映射关系。Entropy = 系统的凌乱程度,使用算法ID3, C4.5和C5.0生成树算法使用熵。这一度量是基于信息学理论中熵的概念。 决策树是一种树形结构,其中每个内部节点表示一个属性上的测试,每个分支代表一个测试输出,每个叶节点代表一种类别。 分类树(决策树)是一种十分常用的分类方法。他是一种监管学习,所谓监管学习就是给定一堆样本,每个样本都有一组属性和一个类别,这些类别是事先确定的,那么通过学习得到一个分类器,这个分类器能够对新出现的对象给出正确的分类。这样的机器学习就被称之为监督学习。

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