I A E S   I n t e r n at io n al  Jou r n al  of   A r t if ic ia l  I n t e ll ig e n c e   ( I J - AI )   V ol .   10 , N o.   1 ,  M a r c h   202 1 , pp.  175 ~ 183   I S S N :  2252 - 8938 ,   D O I :  10.11591/ ij a i. v 10 .i 1 .pp 175 - 183           175       Jou r n al  h om e page :  ht tp : // ij ai . ia e s c or e .c om   Spike neuron optimization using d eep reinforceme nt  learning       T an  S z i  H u i,  M oh am ad  K h ai r i  I s h ak   School o f Elec trica l and E lectr onic E nginee ring, U nivers iti Sains  Malay sia, 14 300, Ni bong Te bal, Pul au Pina ng,  Malaysia       A r t ic le  I n f o     A B S T R A C T   A r ti c le  h is to r y :   R e c e iv e d  S e p 2 2, 20 20   R e vi s e d  J a n   17 , 20 2 1   A c c e pt e d  F e b   9 , 20 21       Deep  reinforcement  learning  (DRL)  which   involved  reinforcement  l earning  and artifi cial neural  network  allows  agents  to tak e the  best po ssible  act ions t o  achieve  goals.  Spiki ng  neural   network  (SNN)   faced  difficul ty  in   traini ng  due  to the non - differentiable  spike function of spike  neuron. In ord er to ov ercome  the  difficulty,  deep  Q  network   (DQN)  and  deep   Q  learning  with   nor malized  advantage  function   (NAF)  are  proposed  to  interact  with  a  custom  environm ent.  DQN  is  applied   for  discrete   action  space  whereas   NAF  is  implemented  for  continuous  action  space.  The  model  is  trained  and  te sted  to  validate  its  performance  in  order  to  balance  the  firing  rate  of  excitat ory  and  inhibitory  population  of  spike  neuron  by  using  both  algorithms.  T raining  results  showed  both  agent s  able  to  explore  in  the  custom   environme nt  with  OpenAI  Gym  framework.  The  trained  model  for  both  algorithms  capable  to  balance  the  firing  rate  of  excitatory  and  inhibitory  of  the  spike  neuron.  NAF  achieved  0.80%  of  the  average   percentage  error  of   rate  of  difference   b etween  target  and  actual  neuron  rate  where as  DQN  obtained  0.96%.   NAF  a ttained  the  goal  faster  than   DQN  with  only   3  steps  taken   for  actual  output   neuron  rate to meet  with or cl ose to target  neuron firin g rate.   K e y w o r d s :   D e e p Q  ne twor k   D e e p r e in f or c e m e nt  l e a r ni ng   S pi ke  ne ur on   This is an  open  acce ss artic le unde r the  CC BY - SA   license.     C or r e s pon di n g A u th or :   M oha m a d K ha ir i  I s ha k   S c hool  of  E le c tr ic a l  a nd E le c tr oni c   E ngi ne e r in g   U ni ve r s it i  S a in s  M a la y s ia   14300, Nibong T e ba l  P ul a u P in a ng, M a l a ys ia   E m a il :  kha ir ii s ha k@ us m .m y       1.   I N T R O D U C T I O N   D e e p  r e in f or c e m e nt   le a r ni ng  ( D R L )   c om bi ne s   m a c hi ne   le a r ni ng  a nd  a r ti f ic ia l  in te ll ig e nc e   te c hni que s   [ 1] .  R e in f or c e m e nt   le a r ni ng  a lg or it hm s   w it h  de e p  ne ur a l  ne twor ks   a r e   im pl e m e nt e d  in   D R L   to   s e le c t  th e   be s t  pos s ib le   a c ti on  to   a tt a in   go a ls .  A   D R L   a ge nt   in te r a c ts   w it h  a   vi r tu a l  e nvi r onm e nt   a s   s how n  in   F ig ur e   1  a nd  s e le c t  a c ti on s   to   s ol ve   c om pl e x  pr obl e m   [ 2] .  D e e p  ne ur a l  ne twor k  is   u s e d  by  a ge nt s   to   a ppr oxi m a te   a   va lu e   or   pol ic y  f unc ti on  in   or de r   to   upda te   a nd  i nde x  th e   da ta   in s te a d   of   us in g   a   lo okup  ta bl e .  T he  da ta  c on s is ts  of  s ta te s , a c ti ons  a nd r e w a r ds . T he  a g e nt  t a ke s  a c ti ons  ba s e d on the  c ur r e nt  s ta te  a nd r e w a r d  in   a   vi r tu a l   e nvi r onm e nt   [ 3] .  T he   a ge nt   r e c e iv e s   r e w a r ds   or   p e na lt ie s   ba s e d  on  th e   a c ti ons   pe r f or m e d.  T he   a ge nt  r e c e iv e s  pos it iv e  r e w a r ds  w he n t he  out c om e  i s  c lo s e r  t o t he  t a r ge t  w he r e a s  w he n t he r e  i s  a  f a ul ty  a c ti on   ta ke n ,  th e   a g e nt   obt a in s   n e ga ti ve   r e w a r ds .  T h e   a ge nt   le a r ns   f r o m   e xpe r ie nc e   to   d e c id e   th e   be s t   s ui ta bl e  a c ti on  to  a tt a in  a  goa l  [ 4] .   S pi ke   ne ur on  is   e le m e nt a r y  uni t  in   s pi ki ng  ne ur a l  ne tw or k  ( S N N ) .   S pi ke   ne u r on  ha s   th e   c ha r a c te r is ti c  of  s pi ki ng be ha vi our . W he n  s pi ke  ne ur on i s  f ir e d, a  s pi ke  i s  ge ne r a te d by us in g s pi ke  ge ne r a ti on  f unc ti on.  S pi ke s   a r e   s e qu e nc e s   of   a c ti on  pot e nt ia l  th a t  is   us e d  in   s ig na l  tr a ns m is s io n  in   s pi ke   n e ur ons   [ 5] .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938     I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,   V ol .  10 , N o.  1 ,  M a r c h   20 2 1 :    175   –   183   176   S yna ps e s   of   s pi ke   n e ur on  w hi c h  c ons i s ts   of   e xc it a to r y  a nd  in hi bi to r y  popula ti o n  a r e   r e qui r e d  to   be   opt im iz e d   be f or e   im pl e m e nt   in to   a   ne twor k  to   f or m   a   S N N .  A n  opt im i z a ti on  m e th od  is   pr opos e d  to   opt im iz e   s pi ke   ne ur on by us in g m a xi m um  l ik e li hood  [ 6] . T he  m a xi m um   li ke li hood opti m iz a ti on me th od i s  us e d t o  c onf ig ur e   th e   s in gl e   M - N   ne ur on   to   pr e di c t  th e   f ir in g   a c ti vi ty   of   th e   ne ur on.  T he   a ve r a ge   e r r or   be twe e n  th e   a c tu a l  a nd  pr e di c te d  of   s pi ke   a c ti vi ty   is   3% .  A   s upe r vi s e d  m ul ti - s pi ke   le a r ni ng  a lg or it hm   is   pr opos e d  to   tr a in   ne ur ons   in   S N N  [ 7] . A  s in gl e  ne ur on i s  t r a in e d t o  l e a r n s pi ke  pa tt e r ns  i n or de r  t o ge ne r a te  s pi ke  t r a in s . T he  e xpr e s s io n of   m e m br a ne   pot e nt ia l  is   s im pl if ie d  by  th e   a lg or it hm   a nd  e na bl e s   th e   opt im iz a ti on  of   s yna pt ic   w e ig ht s   th r ough   th e   a ppl ic a ti on  of   gr a di e nt   de s c e nt .  T h e   r e s ul ts   s how e d  th a t   th e   a lg or it hm   a bl e   to   a c hi e ve   c l a s s if ic a ti on  a c c ur a c y.  B a s e d  on   [ 6]   a nd  [ 7] ,  th e   ga ps   c a n   be   s e e n   f r om   th e   ne e d   of   tr a in in g  da ta   to   tr a in   th e   m ode l.   M a xi m um   li ke li hood  opt im iz a ti on  m e th od  a nd  s upe r vi s e d  m ul ti - s pi ke   le a r ni ng  a lg or it hm   r e qui r e d  tr a in in g   da ta s e t  to   tr a in   th e   m ode l.   F ur th e r m o r e ,  a n  uns upe r vi s e d  tr a in in g  a lg or it hm   is   im pl e m e nt e d  to   t r a in   S N N   [ 8 ] .   S pi ke   ne ur on  m ode l  is   tr a in e d  us in g  s yna pt ic   w e ig ht   a s s oc ia ti on  tr a in in g  ( S W A T ) .  T he   tr a in in g  a nd  te s ti ng  r e s ul ts   s how e d  th a t  th e   a lg or it hm   e xhi bi ts   th e   c a p a bi li ty   f or   c la s s if ic a ti on  a nd  c onv e r ge nc e   a c c ur a c y.  A   li m it e d pr e c is io n ( S N N /L P )  s upe r vi s e d l e a r ni ng a lg or it hm  of  s p ik in g ne ur a l  ne twor ks  i s  i m pl e m e nt e d i n S N N   tr a in in g  [ 9] .  S yna pt ic   w e ig ht s   a nd   s yna pt ic   de la y s   a r e   a ppl ie d  w it h  li m it e d  pr e c is io n  f or   s up e r vi s e d  le a r ni ng.  T he   a lg or it hm   a c hi e ve d  lo w   m e a n  s qua r e d  e r r or   in   non - li ne a r   X O R   c la s s if ic a ti on  pr obl e m   a nd  c a pa bl e   to   a c hi e ve  up t o 97%  of  c la s s if ic a ti on a c c ur a c y.   I n  s pi ki ng  ne ur a l  ne twor k  ( S N N ) ,  in f or m a ti on  is   e m it te d  a nd  pr oc e s s e d  by  s pi ke   ne ur on  th r ough  a   s e que nc e   of   a c ti on  pot e nt ia ls   w hi c h  is   a ls o  known  a s   s pi ke s   [ 10] .  I nf or m a ti on  is   e nc ode d  in   f ir in g  r a te   of   s pi ke  ne ur on [ 11] .  S pi ke  ne ur on c ons is ts  of  a  s pi ke  ge ne r a ti on f unc ti on f or   f ir in g  pur pos e . T he  s pi ke  f unc ti on   is   non - di f f e r e nt ia bl e   w hi c h  c r e a te   a   di s c ont in ui ty   a t  th e   in s ta n c e   of   f ir in g  ti m e .  N on - di f f e r e nt ia bi l it y  of   th e   f unc ti on  le a ds   to   di f f ic ul ty   to   de ve lo p  gr a di e nt   de s c e nt   to   pe r f or m   ba c kpr opa ga ti on  in   or de r   to   upda te   th e   w e ig ht   of   s pi ke   ne ur on  f or   m in im iz in g  lo s s   [ 12] .  T hi s   ha s   c a us e d  tr a in in g  of   S N N   us in g  ba c kpr opa ga ti on  be c om e  di f f ic ul t  a s  c om pa r e d t o ot he r  a r ti f ic ia l  ne ur a l  ne twor ks  ( A N N )  [ 13] .  S N N  m im ic s  bi ol ogi c a l  ne r vous   s ys te m   m or e   c lo s e ly   c om pa r e d  to   c onve nt io na l  a r ti f ic ia l  ne ur a l   ne twor ks   [ 14] .  A l th ough  S N N   is   b io lo gi c a ll y   m or e   r e a li s ti c   th a n  a r ti f ic ia l  ne ur a l   ne twor k  ( A N N )   but   r e c e iv e s   le s s  a tt e nt io n  th a n  A N N   due   to   th e   di f f ic ul ty   to   tr a in   S N N   [ 15] .  I n  or de r   to   ove r c om e   th e   non - di f f e r e nt ia bi li ty   of   s pi ke   f unc ti on  th a t  le a ds   to   di f f ic ul ty   in   S N N   tr a in in g,  de e p  r e in f or c e m e nt   le a r ni ng  is   a ppl ie d  to   ba l a n c e   th e   f i r in g  r a te   of   e xc it a to r y  a nd  in hi bi to r y   popula ti on  of   s pi ke   ne ur on.  S pi ke   ne ur on  ha s   di f f e r e nt   f ir in g  r a te   of   s pi ke s   w he n  di f f e r e nt   c onf ig ur a ti on  on  th e   f ir in g  r a te   of   e xc it a to r y  a nd  in hi bi to r y  popula ti on  of   th e   ne ur on  is   a ppl ie d  [ 16] .  T he   f ir in g  r a te   of   in hi bi to r y  popula ti on  o f   th e   s pi ke   ne ur on  is   in it ia li z e d  a s   in put   a nd  a dj us te d  dur in g  tr a in in g  to   a c hi e ve   th e   f ir in g  r a te   of   e xc it a to r y  popu la ti on  of   th e   ne ur on  ha s   th e   s a m e   r a te   w it h  th e   ta r ge t  ne ur on  f ir in g  r a te .  I n  th is   r e s e a r c h,  two  a lg or it hm s   of   r e in f or c e m e nt   le a r ni ng  a r e   pr opos e d  to   a c t  a s   a g e nt s   w hi c h  a r e   d e e p  Q   n e twor k  ( D Q N )   a nd  d e e p  Q - le a r ni ng  w it h  nor m a li z e d  a dva nt a ge   f unc ti ons   ( N A F )   to   in te r a c t  w it h  a   c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k  to   opt im iz e   s pi ke   ne ur on  in to   ba la nc e   s ta te .  O th e r   th a n  pr e vi ou s   r e s e a r c h  w or ks   th a t  us in g   de e p  le a r ni ng  or   r e in f or c e m e nt   le a r ni ng,  th is   r e s e a r c h  w or k  a ppl ie d   de e p   r e in f or c e m e nt   le a r ni ng  to   s ol ve   th e   di f f ic ul ty   in   S N N   tr a in in g  by  us in g  ba c kpr opa ga ti on  a lg or it hm .  T h e   a lg or it hm   c ons is ts   of   r e in f or c e m e nt   le a r ni ng  a lg or it hm   w it h  de e p  ne ur a l  ne twor k  f or   a ppr oxi m a ti on  of   Q   f unc ti on.  T he   m ot iv a ti on  of   th is   p a pe r   is   to   tr a in   s in gl e   s pi ke   n e ur on  us in g  de e p  r e in f or c e m e nt   l e a r ni ng  w it h  th e   a bs e nc e   of   tr a in in g  da ta s e t  in   or de r   to   a tt a in   goa ls .  T he   a lg or it hm s   le a r n  f r om   e xpe r ie nc e   to   pe r f or m   a n   a c ti on t o m a xi m iz e  r e w a r ds .           F ig ur e  1. A r c hi te c tu r e  of  D e e p R e in f or c e m e nt  L e a r ni ng       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll   I S S N :  2252 - 8938       Spi k e  ne ur on opti m iz at io n us in g d e e p r e in fo r c e m e nt  l e ar ni ng   ( T an Sz i  H ui )   177   2.   R E S E A R C H  M E T H O D     A   s pi ke   ne ur on  is   c r e a te d  by   us in g  ne ur a l  s im ul a ti on  to ol   ( N E S T )   s im ul a to r .  S in gl e   s pi ke   ne ur on  is   us e d  in   tr a in in g  f or   opt im iz a ti on.  A   s pi ke   n e ur on  is   m ode le d  by  us in g  P yN E S T   c om m a nd  in   P yt hon   pr ogr a m m in g  la ngua ge   a f te r   a   c us to m   e nvi r onm e nt   is   bui lt .  S im ul a ti on  pa r a m e te r s   a r e   r e qui r e d  to   be   in it ia li z e d f or  N E S T  s im ul a to r  t o m ode l  a  s pi ke  ne ur on a s  s how n i n T a bl e  1 [ 17] .         T a bl e  1. S im ul a ti on pa r a m e te r s  of  s pi ke  ne ur on   S i m ul a t i on P a r a m e t e r s   V a l ue   S i m ul a t i on T i m e , t _s i m   25000   S i z e  of  E xc i t a t or y P opul a t i on, n_e x   16000   S i z e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on, n_i n   4000   M e a n R a t e  of  E xc i t a t or y P opul a t i on   5.0H z   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on w i t h a  r a ndom  num be r  r a nge , r _i n   17.5 - 19.5H z   P e a k A m pl i t ude  of  E xc i t a t or y P opul a t i on, e ps c   50   P e a k A m pl i t ude  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on, i ps c   - 50   S yna pt i c  D e l a y,d   0.01   L ow e r  bound of  s e a r c h i nt e r va l , s e l f .l ow e r   0   Up pe r  bound of  s e a r c h i nt e r va l , s e l f .uppe r   50       A   c us to m   e nvi r onm e nt   i s   c r e a t e d  us in g   O pe nA I   gym   to ol ki t.   T he   s pi ke   n e ur on  is   c onv e r te d  in to   O pe nA I   G ym   f r a m e w or k  a f te r   th e   c us to m   e nvi r onm e nt   is   bui l t.   T he   e nvi r onm e nt   s e t  th e   in it ia l  s ta te   f or   th e   pr obl e m s   to   be   s ol ve d.  A c ti on  s pa c e   a nd  obs e r va ti on  s pa c e   a r e   c onf ig ur e d  f o r   bot h  D R L   a lg or it hm s .  A c ti on   s pa c e   r e pr e s e nt s   how   m a ny  po s s ib le   a c ti ons   f or   th e   D R L   a ge nt s   to   in te r a c t   w it h  th e   e nvi r onm e nt   a nd  obs e r va ti on  s p a c e   r e pr e s e nt s   a ll   th e   da ta   th a t  ge n e r a te d  by   th e   e nvi r onm e nt   a nd  to   b e   ob s e r ve d  by   th e   a g e nt s   a s  s how n i n F ig ur e  2.           F ig ur e  2. I nt e r a c ti on of  D R L  a ge nt s  a nd a  c us to m  e nvi r onm e nt   w it h O pe nA I  G ym  f r a m e w or k       I n  D R L   a lg or it hm ,  no  tr a in in g  da ta s e t  is   r e qui r e d  a s   in put   to   pr ovi de   r a w   da ta   f or   tr a in in g.  T he   D R L   a ge nt s  s e le c t  th e   a c ti on  to   be   ta ke n   w it hout   tr a in in g  da ta . T he  a ge nt s   ge ne r a te   th e ir   ow n  da ta   a c c or di ng  to   th e   gi ve n  s ta te ,   a c ti ons   ta ke n   a nd  r e w a r d  by  in te r a c ti ng  w it h  t he   c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe n A I   G ym   f r a m e w or k.  T he   tr a in in g  da ta   w hi c h   a ls o  kno w n  a s   e xpe r ie nc e   is   s to r e d  in   m e m or y.  T he   a ge nt s   le a r n  f r om   e xpe r ie nc e   to   m a ke   de c is io ns   on  th e   a c ti on  to   be   ta ke n  to   obt a in   th e   m a xi m um   r e w a r ds   in   or de r   to   a c hi e ve   goa l  [ 18] .   A   de e p  ne ur a l  ne twor k  i s   c ons tr uc te d   in   D Q N   a s   D Q N   is   va lu e - ba s e d  m e th od.  A c ti on  s pa c e   f or   D Q N  i n t he  c us to m  e nvi r onm e nt  i s  di s c r e te  t ype  w it h 4 pos s ib le  a c ti ons . T he  a g e nt  t a ke s  a c ti on s  ba s e d on the   4  pos s ib le   a c ti on s   de f in e d  a s   s how n  in  T a bl e   2. T he   a g e nt   r e c e i ve s   r e w a r ds   a c c or di ng  to   th e   a c ti on  ta ke n a nd  s ta te .  4000  t r a in in g  s te ps   a r e   ta ke n  to   ba la nc e   th e   f ir in g  r a te   of   e xc it a to r y  a nd  in hi bi to r y   popula ti on  of   th e   s pi ke   ne ur on.  T he   tr a in e d  m ode l  i s   us e d  f or   te s ti ng  to   va li da te   t he   pe r f or m a nc e   f or   5  e pi s ode s .  T h e   f lo w c ha r t  of  t hi s  a lg or it hm  i s  s how e d i n F ig ur e  3( a ) .         T a bl e  2. A c ti on l is t  of  D Q N   A c t i on   D e t a i l s  of  a c t i on   0   C ur r e nt  i nhi bi t or y r a t e  + 0.01   1   C ur r e nt  i nhi bi t or y r a t e   -   0.01   2   C ur r e nt  i nhi bi t or y r a t e  + r a ndom  num be r  f r om   r a nge  of  0.02 t o 0.05   3   C ur r e nt  i nhi bi t or y r a t e   -   r a ndom  num be r  f r om  r a nge  of  0.02 t o  0.05     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938     I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,   V ol .  10 , N o.  1 ,  M a r c h   20 2 1 :    175   –   183   178   N A F   a ge nt   is   c ont r uc te d  w it h  a   s ta te - va lu e   f unc ti on  a nd  a n   a dva nt a ge   f unc ti on  [ 19] .  I n  N A F ,  th r e e   ne twor ks   a r e   im pl e m e nt e d  in   tr a in in g  to   a ppr oxi m a te   Q   f u nc ti on  w hi c h  a r e   m u_m ode l,   V _m ode l   a nd  L _m ode l.   T he   V _m ode l  is   th e   ne twor k  us e d  to   le a r n  s ta te   v a lu e   f unc ti on  a nd  m u_m ode l  is   th e   ne twor k  a ppl ie d  to   s e le c t  a c ti on  to   be   ta ke n  th a t  c a n  m a xi m iz e s   Q   f u nc ti on.  A n  a dva nt a ge   f unc ti on  is   c on s tr uc t  in   L _m ode l.   A c ti on  s pa c e   of   N A F   a lg or it hm   is   c ont in uous   dom a i n  [ 20 - 21] .  T he   a c ti on  v a lu e   is   r a ndom  s e le c te d   by   th e   N A F   a ge nt   f r om   th e   r a nge   of   0  to   50   w hi c h  is   th e   s e a r c h  in te r va l  r a nge .  R e w a r d  i s   f e e dba c k   to   th e   a ge nt   f r om   th e   e nvi r onm e nt .  T he   tr a in in g  s te ps   is   s e t  to   26000  s te ps   to   ba la nc e   th e   f ir in g  r a te   of   e xhi bi to r y   a nd  in hi bi to r y  popula ti on  of   s pi ke   ne ur on.  A f te r   t r a in e d  th e   m ode l,   th e   m ode l  is   im pl e m e nt e d  in   te s ti ng  in   or de r  t o va li da te  t he  pe r f or m a nc e  f or  5 e pi s ode s . T he  f lo w c h a r t  of  t hi s  a lg or it hm  i s  s how e d i n F ig ur e  3( b) .           ( a )   ( b)     F ig ur e  3. F lo w c ha r t  of  t he  a lg or it hm ,  ( a )  D Q N , ( b)  N A F       3.   R E S U L T S  A N D  D I S C U S S I O N   T he   s pi ke   n e ur on  m ode l  is   tr a in e d  in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt   bui lt   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k.   T he   m ode l  is   tr a in e d  unt il   it   a bl e   to   m e e t  th e   ta r ge t  ne ur on  r a te   a nd  a c hi e ve   c onve r ge n c y.  W he n  th e   m ode l  is   not  gi ve n e nough tr a in in g, t he   m ode l  is  not  a bl e  t o m e e t  th e  c on ve r ge nc e  a nd t he  goa l  is  un a bl e  t o a tt a in .     3.1.  DQN algor it h m   S pi ke   ne ur on  is   opt im iz e d  us in g  D Q N   w it h  4000  s te ps .  T h e   D Q N   a ge nt   in te r a c te d  w it h  th e   c us to m   e nvi r onm e nt   a nd  s e le c te d  th e   a c ti ons   to   be   ta ke n.  A   pl ot   of   e pi s o de   r e w a r d  ve r s us   e pi s ode s   is   ge ne r a te d  a s   s how n  in   F ig ur e   4.  T he   le a r ni ng  c ur ve   in di c a te d  th a t  th e   D Q N   a ge nt   c a pa bl e   to   e xpl or e   in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k.  T he   tr a in e d  m ode l   a bl e   to   r e a c t  to w a r d s   th e   c us to m  e nvi r onm e nt   to   a tt a in   th e   goa l  to   tr a in   s pi ke   ne ur on  in to   ba la nc e   s ta t e .  D ur in g  th e   in it ia l  s ta te ,  th e   a g e nt s   obt a in e d  ne g a ti ve   r e w a r d  a s   th e   a ge nt   is   una bl e   to   e xpl or e   in   th e   c us to m   e n vi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k  to   opt im iz e   s pi ke   ne ur on.  D ur in g  tr a in in g,  th e   a ge nt   le a r ns   to   e xpl or e   in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt   a nd  r e c e iv e s   m or e   r e w a r ds .  T he   a ge nt   r e c e iv e s   pos it iv e   a nd  ne g a ti ve   r e w a r ds   ba s e d  on  th e   gi ve n  s ta te   a nd  a c ti on  ta ke n  th r oughout  th e   tr a in in g.  E a c h  a c ti on  is   s e le c te d  r a ndoml y  f r om   4  di s c r e te   a c ti ons   th a t  de f in e d  in   a c ti on  s pa c e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll   I S S N :  2252 - 8938       Spi k e  ne ur on opti m iz at io n us in g d e e p r e in fo r c e m e nt  l e ar ni ng   ( T an Sz i  H ui )   179   of   th e   a lg or it hm .  W it h  th is   c a p a bi li ty   to   e xpl or e   in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt ,  th e   m ode l  be c a m e   us a bl e   f or   te s ti ng. Af te r  t r a in in g,  th e  m ode l  is  t e s te d f or  5 e pi s ode s  t o va li da te  t he  pe r f or m a nc e  of  t he   m ode l.  T he  m ode l   r e c e iv e d r e w a r ds  f or  e a c h e p i s ode  dur in g t e s ti ng a s   s how n i n F i gur e  5.           F ig ur e  4. L e a r ni ng c ur ve  of  t he  s pi ke  ne ur on mode l  us in g D Q N  a lg or it hm           F ig ur e  5. T e s ti ng c ur ve  of  t he  t r a in e d m ode l  us in g D Q N  a lg or it hm       T he  i nhi bi to r y popula ti on r a te  i s   f in e - tu ne d by the  a ge nt   in  or de r  t o a tt a in  t he  goa l.  T he  t e s ti ng r e s ul t  is   ta bul a te d  in   T a bl e   3.  T he   a c tu a l  out put   ne ur on  r a te   o f   two   e pi s ode s   a r e   c lo s e r   to   th e   ta r ge t  ne ur on  f ir in g   r a te   w it h  th e   di f f e r e nc e   of   0.04H z   in   th ir d  a nd  f if th   e pi s od e s   w he r e a s   th e   a c tu a l  out put   n e ur on  r a te   is   a tt a in e d   th e   goa l  in   th e   f our th   e pi s ode .  I n  f ir s t  a nd  s e c ond  e pi s ode s   of   te s ti ng  obt a in e d  th e   hi ghe s t  va lu e   of   di f f e r e nc e   be twe e n  a c tu a l  a nd   ta r ge t  n e ur on  f ir in g  r a te   w hi c h  i s   0.08H z .   T he   pe r c e nt a g e   of   e r r or   be twe e n  th e   r a te   of   di f f e r e nc e  of  a c tu a l  a nd t a r ge t  out put  ne ur on  r a te  a nd goa l  is  c a lc ul a te d i n T a bl e  4. T he  a ve r a g e  pe r c e nt a ge  of   e r r or   a c hi e ve d  0.96% .  T he   lo w e s t  s t e ps   ta ke n  f or   a c tu a l  out put   ne ur on  r a te   to   m e e t  w it h  ta r ge t  ne ur on  f ir in g   r a te   is   84  s t e ps .  T he   r e s ul t  s how e d   th a t  th e   c a pa bi li ty   of   th e   tr a in e d  m ode l  to   in te r a c t  w it h  c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k  to   opt im iz e   th e   f ir i ng  r a te   of   e xc it a to r y  a nd  in hi bi to r y  popula ti on  of  t he  s pi ke  ne ur on i nt o ba la nc e  s t a te .               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938     I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,   V ol .  10 , N o.  1 ,  M a r c h   20 2 1 :    175   –   183   180   T a bl e  3.  T e s ti ng r e s ul t  of  t he  t r a in e d m ode l  us in g D Q N  a lg o r it hm   E pi s ode   S i m ul a t i on P a r a m e t e r   O pt i m a l  V a l ue  gi ve n  by D Q N  A ge nt  ( H z )   T ot a l  R e w a r d   S t e ps  t a ke n t o  a t t a i n goa l   1   M e a n R a t e  of  I nhi bi t or y P opul a t i on   20.76   - 5540000.00   89   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    18.66   O ut put  N e ur on r a t e   5.08   2   M e a n R a t e  of  I nhi bi t or y P opul a t i on   20.78   - 5964000.00   92   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    18.66   O ut put  N e ur on r a t e   4.92   3   M e a n R a t e  of  I nhi bi t or y P opul a t i on   20.81   - 4522000.00   91   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    18.66   O ut put  N e ur on r a t e   5.04   4   M e a n R a t e  of  I nhi bi t or y P opul a t i on   20.73   - 5462000.00   84   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    18.66   O ut put  N e ur on r a t e   5.00   5   M e a n R a t e  of  I nhi bi t or y  P opul a t i on   20.83   - 1645000.00   86   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    18.66   O ut put  N e ur on r a t e   4.96       T a bl e  4.  T e s ti ng r e s ul t  f or  out put  a nd t a r ge t  ne ur on f ir in g r a te  i n D Q N  a lg or it hm   E pi s ode   T a r ge t  ne ur on  f i r i ng r a t e  ( H z )   A c t ua l  out put   ne ur on r a t e  ( H z )   D i f f e r e nc e  of  out put   a nd t a r ge t  ne ur on  f i r i ng r a t e  ( H z )   P e r c e nt a ge   of  E r r o r   (%)   A ve r a ge   P e r c e nt a ge  of   E r r or   ( % )   1   5.00   5.08   0.08   1.60   0.96%   2   4.92   0.08   1.60   3   5.04   0.04   0.80   4   5.00   0.00   0.00   5   4.96   0.04   0.80       3.2.  NA F   al gor it h m   S pi ke   ne ur on  is   opt im iz e d  us in g  N A F   w it h  26000  tr a in in g  s te p s .  T he   N A F   a ge nt   is   le a r nt   to   in te r a c t  w it h  th e   c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k  a n d  to   s e le c t  a c ti on  to   be   ta ke n  to   ge t  m a xi m um   r e w a r ds .  A   pl ot   of   e pi s ode   r e w a r d  ve r s us   e pi s ode s   i s   ge ne r a t e d  a s   s how n  in   F ig ur e   6.  T he   l e a r ni ng  c ur ve   s how e d  th e   e xpl or a ti on  of   N A F   a ge nt   in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt .  T he   r e s ul t  pr ove d  th a t  th e   N A F   a ge nt   ha s   th e   c a pa bi li ty   to   e xpl or e   in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k.  T he   tr a in e d  m o de l  c a pa bl e  t o r e a c t  to w a r ds  t he  e nvi r onm e nt  t o  opt im iz e  t he  f ir in g   r a te  of  e xc it a to r y  a nd i nhi bi to r y  popula ti on o f   th e   s pi ke   ne ur on  in to   b a la nc e   s ta te .   T he   a ge nt   obt a in e d  pos it iv e   a nd  ne g a ti ve   r e w a r ds   f lu c tu a t e ly   due   to   th e   c ont in uous   a c ti on  s pa c e .  T h e   r a nge   of   th e   a c ti on  va lu e   is   be tw e e n  0  to   50.  D if f e r e nt   a c ti on  va lu e s   a r e   be in g   s e le c te d  r a ndoml y  f or   a c ti on s   ta ke n  in   tr a in in g.  T he   m ode l   a bl e   to   pe r f or m   e xpl or a ti on  in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt   us in g  N A F   a lg or it hm   a nd  th e   m ode l   c a n  be   a ppl ie d  f or   te s ti ng.  5   e pi s ode s   of   te s ti ng  is   a ppl ie d   to   te s t  th e   pe r f or m a nc e   of   th e   tr a in e d  m ode l   f or   va li da ti on  pur pos e   a s   s how n  in   F ig ur e   7. T he   te s ti ng  r e s ul t  is   r e c or de d i n T a bl e  5.             F ig ur e  6. L e a r ni ng c ur ve  of  t he  s pi ke  ne ur on mode l  us in g N A F  a lg or it hm     F ig ur e   7. T e s ti ng c ur ve  of  t he  t r a in e d m ode l  us in g  N A F  a lg or it hm     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll   I S S N :  2252 - 8938       Spi k e  ne ur on opti m iz at io n us in g d e e p r e in fo r c e m e nt  l e ar ni ng   ( T an Sz i  H ui )   181   T he   f ir in g  r a te   of   in hi bi to r y  popula ti on  is   f in e - tu ne d  by  th e   a ge nt   to   a tt a in   th e   goa l.   T h e   pe r c e nt a g e   of   e r r or   be twe e n  th e   r a te   of   di f f e r e nc e   of   a c tu a l  out put   ne ur on  r a te   a nd  goa l  i s   r e c or de d  in   T a bl e   6.  T h e   a ve r a ge  pe r c e nt a ge  of  e r r or  be twe e n r a te  of  di f f e r e nc e  of  out put  a nd t a r ge t  ne ur on f ir in g r a te  a c hi e ve d 0.80% .   T he   lo w e s t  s te p s   ta k e n  f or   a c tu a l  out put   ne ur on  r a te   to   m e e t  w it h  or   c lo s e   to   th e   ta r ge t  e xc it a to r y  popula ti on   r a te   is   3  s te ps .  T he   r e s ul t  s ho w e d  th e   tr a in e d   m ode l  a bl e   to   in te r a c t  w it h  th e   c u s to m   e nvi r onm e nt   w it h   O pe nA I  G ym  f r a m e w or k t o a c hi e ve  t he  ba la nc e  s ta te  of  s pi ke  n e ur on.         T a bl e  5.  T e s ti ng r e s ul t  of  t he  t r a in e d m ode l  us in g N A F  a lg or it h m   E pi s ode   S i m ul a t i on P a r a m e t e r   O pt i m a l  V a l ue  gi ve n  by D Q N  A ge nt  ( H z )   T ot a l     R e w a r d   S t e ps  t a ke n t o  a t t a i n goa l   1   M e a n R a t e  of  I nhi bi t or y P opul a t i on   20.80   - 480.00   11   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    19.23   O ut put  N e ur on r a t e   5.08   2   M e a n R a t e  of  I nhi bi t or y  P opul a t i on   20.80   40.00   3   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    19.23   O ut put  N e ur on r a t e   5.04   3   M e a n R a t e  of  I nhi bi t or y P opul a t i on   20.80   - 710.00   13   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    19.23   O ut put  N e ur on r a t e   4.96   4   M e a n R a t e  of   I nhi bi t or y P opul a t i on   20.80   - 2030.00   21   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    19.23   O ut put  N e ur on r a t e   5.00   5   M e a n R a t e  of  I nhi bi t or y P opul a t i on   20.80   - 130.00   8   I ni t i a l  R a t e  of  I nhi bi t or y P opu l a t i on    19.23   O ut put  N e ur on r a t e   4.96       T a bl e  6.  T e s ti ng r e s ul t  f or  out put  a nd t a r ge t  ne ur on f ir in g r a te  i n N A F  a lg or it hm   E pi s ode   T a r ge t  ne ur on  f i r i ng r a t e  ( H z )   A c t ua l  out put   ne ur on r a t e  ( H z )   D i f f e r e nc e  of  out put  a nd  t a r ge t  ne ur on f i r i ng  r a t e  ( H z )   P e r c e nt a ge  of   E r r or   ( % )   A ve r a ge   P e r c e nt a ge  of   E r r or   ( % )   1   5.00   5.08   0.08   1.60   0.80%   2   5.04   0.04   0.80   3   4.96   0.04   0.80   4   5.00   0.00   0.00   5   4.96   0.04   0.80       3.3.  E val u at io n  of  D Q N  an d  N A F  al gor it h m   S pi ke   ne ur on  is   opt im iz e d  to   ba la nc e   th e   f ir in g  r a te   of   e xc it a to r y  a nd  in hi bi to r y  popula ti on   by  us in g   D Q N   a nd   N A F   a lg or it hm s   in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k.  T he   e va lu a ti on  of   th e   pe r f or m a nc e  of  t he  D Q N  a nd N A F  t r a in e d m ode l  is  t a bul a te d i n T a bl e  7.   D Q N   a lg or it hm   is   a ppl ie d  to   t r a in   th e   s pi ke   ne ur on  in   di s c r e te   a c ti on  s pa c e   w he r e a s   N A F   a lg or it hm   is   im pl e m e nt e d  to   tr a in   th e   s pi ke   ne ur on  in   c ont in uou s   dom a in .  T he   ty pe s   of   a c ti on  s pa c e   to   us e   de pe nd s   on  th e   a ppl ic a ti ons .  T he   tr a in in g  s te p s   of   D Q N   is   lo w e r   th a n  N A F   a s   4000  tr a in in g  s te ps   a r e   e xe c u te d  on  th e   m ode l  a nd  a bl e   to   m e e t  th e   goa l.   T he   tr a in in g  ti m e   is   lo nge r   f o r   N A F   a s   th e   m ode l  is   tr a in e d  f or   26000  s te ps   to   a tt a in   th e   goa l.   T he   a ve r a ge   pe r c e nt a ge   e r r or   of   r a te   of   di f f e r e nc e   be twe e n  ta r ge t  a nd  a c tu a l  out put   ne ur on   f ir in g  r a te   in   N A F   is   lo w e r   th a n  D Q N .  N A F   a bl e   to   a c hi e ve   0.80%   of   pe r c e nt a ge   e r r or   in   th e   te s ti ng  tr a in e d   m ode l.   F ur th e r m or e ,  s te ps   ta ke n  f or   a c tu a l  out put   ne ur on  r a te   t o  m e e t  w it h   or   c lo s e   to   th e   ta r ge t   ne ur on  f ir in g  r a te   in   N A F   is   lo w e r   c om pa r e d  to   D Q N   w hi c h  onl y  3   s te p s   ta ke n  to   a tt a in   th e   goa l.   T hi s   in di c a te s   th a t  N A F   a lg or it hm  a bl e  t o opti m iz e  s pi ke  ne ur on i nt o ba la nc e  s ta t e  f a s te r  t ha n D Q N .   T he   pe r f or m a nc e   of   D Q N   a nd  N A F   is   c om pa r e d  w it h  a   p r e vi ous   r e s e a r c h  w or k  w hi c h  us in g   m a xi m um  l ik e li hood opti m iz a ti on me th od t o opti m iz e   s pi ke  ne ur on a s  s how n i n T a bl e  8.       T a bl e  7. E va lu a ti on r e s ul t  of  D Q N  a nd N A F  A lg or it hm     DQN   NAF   A c t i on S pa c e   D i s c r e t e   C ont i nuous   T r a i ni ng s t e ps   4000   26000   A ve r a ge  pe r c e nt a ge  of  e r r or  of  r a t e  of  di f f e r e nc e  be t w e e n out put  a nd t a r ge t  ne ur on f i r i ng  r a t e   0.96%   0.80%   T he  l ow e s t  s t e ps  t a k e n f or  a c t ua l  out put  ne ur on r a t e  t o m e e t  w i t h or  c l os e  t o t he  t a r ge t  e xc i t a t or y  popul a t i on r a t e   84   3   T he  hi ghe s t  s t e ps  t a ke n f or  a c t ua l  out put  ne ur on r a t e  t o m e e t  w i t h or  c l os e  t o t h e  t a r ge t  e xc i t a t or y  popul a t i on r a t e   92   21       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938     I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,   V ol .  10 , N o.  1 ,  M a r c h   20 2 1 :    175   –   183   182   T a bl e  8. C om pa r is on of  S pi ke  N e ur on O pt im iz a ti on M e th od   M e t hod   A ve r a ge  e r r or  be t w e e n a c t ua l  a nd t a r ge t  out put   M a xi m um  l i ke hood opt i m i z a t i on m e t hod   3.04%   D e e p Q  N e t w or k ( D Q N )   0.96%   D e e p Q - L e a r ni ng w i t h N or m a l i z e d  A dva nt a ge  F unc t i on ( N A F )   0.80%       B ot h  pr opos e d  a lg or it hm s   a c hi e ve d  lo w e r   a ve r a ge   e r r or   be twe e n  a c tu a l  a nd  ta r ge t  out put   c om pa r e d  to   m a xi m um   li ke hood  opt im iz a ti on  m e th od.  T he   e nvi r onm e nt   us e d  in   D Q N   a nd  N A F   a r e   di f f e r e nt   w it h  th e   m a xi m um   li ke hood  opt im iz a t io n  m e th od  a s   th e   c us to m   e nvi r o nm e nt   of   D Q N   a nd  N A F   i s   c ons tr uc te d   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k.  T he   e nvi r onm e nt   f or   D Q N   a nd  N A F   is   c us to m iz e d  in   or de r   to   e ns ur e   bot h  a ge nt s   is  c a pa bl e  t o e xpl or e  i n t he  e nvi r onm e nt  i n or de r  t o opti m iz e  s p ik e  ne ur on.       4.   C O N C L U S I O N   D e e p  r e in f or m e nt   le a r ni ng  is   p r opos e d  a s   a   m e th od  to   ove r c o m e   th e   di f f ic ul ty   in   S N N   tr a in in g  due   to   non - di f f e r e nt ia bl e   of   s pi ke   f unc ti on  of   s pi ke   ne ur on.  D e e p  Q   n e twor k  a nd  D e e p  Q - le a r ni ng  w it h   nor m a li z e d a dva nt a ge  f unc ti ons  a lg or it hm s  a r e  pr opos e d t o  ba l a nc e  t he  f ir in g r a te  of  e xc it a to r y a nd i nhi bi to r y   popula ti on  of   a   s pi ke   ne ur on.  A   s pi ke   ne ur on  is   tr a in e d  in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G y m   f r a m e w or k.  B ot h  a lg or it hm s   a bl e   to   in te r a c t  w it h  th e   c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G ym   F r a m e w or k  t o   a tt a in   th e   goa l.   T he   a v e r a ge   pe r c e nt a g e   e r r or   of   r a te   of   di f f e r e nc e   be twe e n  t a r ge t  a nd  a c tu a l  out put   ne ur on  f ir in g  r a te   f or   N A F   a nd  D Q N   a lg or it hm s   obt a in e d  0.80 %   a nd  0 .96%   r e s pe c ti ve ly .  I n  te r m s   of   s te ps   ta ke n  f or   a c tu a l  out put   ne ur on  r a te   to   m e e t  w it h   th e   ta r ge t  ne u r on  f i r in g   r a te ,  N A F   a c hi e ve d  f a s te r   th a n  D Q N   to   m e e t   th e  t a r ge t  ne ur on f i r in g r a te . T he  r e s ul ts  pr ove d t ha t  th e  a lg or i t hm s  a bl e  t o e xpl or e  i n t he  c us to m  e nvi r onm e nt   to   opt im iz e   th e   s pi ke   ne ur on.  I n  f ut ur e   w or k,  D Q N   a nd  N A F   a lg or it hm   c a n  be   us e d  f or   f ur th e r   de ve lo pm e nt   to   tr a in   a   s pi ki ng  ne ur a l  ne twor k  ( S N N )   s in c e   bot h  a lg or it hm s   a r e   c a pa bl e   to   e xpl or e   in   th e   c us to m   e nvi r onm e nt   w it h  O pe nA I   G ym   f r a m e w or k  by  us in g  D R L   to   opt im iz e   a   s pi ke   n e ur on.  T he   d e ve lo pe d  S N N   c a n  be   de m on s tr a te d  in   va r io us   ty pe s   of   a ppl i c a ti ons   s uc h  a s   p la yi ng  ga m e ,  c la s s if ic a ti on,  im a ge   r e c ogni ti on  a nd s o on.       A C K N O WL E D G E M E N T S   T he   a ut hor s   w oul d  li ke   to   th a nk   th e   U ni v e r s it i  S a in s   M a la y s ia   f or   f in a nc ia l  s uppor t  th r ough  th e   R e s e a r c h  U ni ve r s it y G r a nt  S c he m e   P E L E C T  / 1001/8014049.        R E F E R E N C E S   [1]   V.  Francois - Lavet,  et  al. ,  “An  Introduction  to   Deep  Reinforceme nt  Learning,”  Foundation  and  Trends®   in   Machine Lear ning , pp. 219 - 354, 2018.    [2]   K.  Arulkumaran,  et  al. ,  “Deep  Reinforcement  Learning:  A   Brief  Sur vey,”  IEEE  Signal  Processing  Magazine ,  pp.  26 - 38, 2017. DOI: 10.1109/MSP.2017.2743240.   [3]   R.  Sutton,  and  A.  Barto,  “Reinforcement  Learning:  An  Introduction, ”  IEEE  Transactions  on  Neural  Networks ,  p.   1054, 1998.    [4]   M.  P ieters  and  M.  A.  Wiering,   " Q - learning  with  experie nce  repla y  in  a  dynamic  environmen t,"   2016  IEE E   Symposium  Series  on  Computational   Intelligence  (SSCI ) ,  Athens,  pp.  1 - 8,   2016.  DOI:   10.1109/SSCI.2016.7849368.   [5]   H.  Jang,  et  al ,  “An  Introduction  to   Probabilisti c  Spiking  Neural  Net works:  Probabilistic  Models,  Learning  Rules ,   and  Applications,”  in  IEEE   Signal  Processing   Magazine ,  vol.  36,  no.  6,  pp.   64 - 77,  Nov.   2019.  DOI :   10.1109/MSP.2019.2935234.   [6]   A.  Russell et  al. ,  “Optimization  methods   for  spiking  neurons   and  net w orks,”  IEEE  transactions  on  neural   networks ,  vol. 21, no. 12, pp. 1950 - 1962, 2010. DOI: 10.1109/TNN.2010.2083685.   [7]   Y.  Miao,  et  al. ,   “A  supervised   Multi - Spike  Learning   Algorithm  for   S piking  Neural  Networks ,”  2018   International  Joint C onference o n Neura l Net works (I JCNN) , pp. 1 - 7, 2018. DOI: 10.1109/IJCNN.2018.8489175.   [8]   J.  Wade,  et  al. ,   “SWAT:  An   Unsupervised  SNN   Training  Algorith m  for  Classification  Problems,”   2008  IEEE   Internati onal  Joint  Conference  on  Neural  Networks  (IEEE  World  Congress  on  Computat ional  In telligence ) ,  pp.   2648 - 2655, 2008. DOI: 10.1109/IJCNN.2008.4634169.   [9]   E.  Stromatias  and  J.  Marsland,  “Supervised  learning  in  Spiking  Neural  Networks  with  Limited  Precision:   SNN/LP,”   2015  International  Joint  Conference  on  Neural  N etworks  (IJCNN) ,  pp.  1 - 7,  2015 .  DOI:   10.1109/IJCNN.2015.7280732.   [10]   S.  Park,  et  al. ,  “Fast  and  Efficient  Information  Transmission  with  Burst  Spikes  in  Deep  Spiking  Neural  Networks,”  2019 56th ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC) , pp. 1 - 6, 2019.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f  I nt e ll   I S S N :  2252 - 8938       Spi k e  ne ur on opti m iz at io n us in g d e e p r e in fo r c e m e nt  l e ar ni ng   ( T an Sz i  H ui )   183   [11]   S.  Shrestha  and  G.  Orchard,  “SLAYER:   Spike  Layer  Error   Reassign ment  in  Time,”  32nd  Conference  on  Neural  Informati on Processi ng Systems (N eurIPS 2018) , 2018.    [12]   Y. Oniz,  et al. , “Spiking Neural  Networks for the Control  of a Servo S ystem,”  2013 IEEE International Conferenc e   on Mechatronics (ICM) , pp. 94 - 98, 2013. DOI: 10.1109/ICMECH.2013.6518517.   [13]   Y.  Wu,  et  al. ,  “Spatio - Temporal  Backpropagation  for  T raining  Hi gh  Performance  Spiking  Neural  Networks,”  Frontiers in Neuroscience , 2018. https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00331.   [14]   A.  Abusnaina,  et  al. ,  “S upervised  Training  of  Spiking  Neural   Net - w ork  by  Adapting  the  E - MWO  Algorithm  for  Patter n Classi ficat ion,”  Neural Pro cess Le tters , pp. 661 - 682, 2019. https://doi.org/10.1007/s11063 - 018 - 9846 - 0.   [15]   R.  Abiyev,  et  al. ,  “Spiking  Neural  Networks   for  Identification  and  C ontrol  of  Dynamic  Plants,”  2012  IEEE/ASME   Internati onal  Conference  on  Advanced  Intelligen t  Mechatronics  (AIM) ,  pp.  1030 - 1035,  2012.  DOI:   10.1109/AIM.2012.6265983.   [16]   B. Chandr a and K . V. N.  Babu, “A  new spik ing neur on model,”   The 201 3 Inte rnationa l Joint   Conferenc e on Neu ral   Networks ( IJCNN) , pp. 1 - 5, 2013. DOI: 10.1109/IJCNN.2013.6706930.   [17]   J.  Eppler,  et  al. ,  “PyNEST:  a  convenient  interface  to  the  NEST  sim ulator,”  Frontiers  in  neuroinformatics ,  2008.  DOI: 10.3389/neuro. 11.012.2008.   [18]   Y.  Wang  and  Z.   Zhang,  “E xperience   Selection  in   Multi - agent  Deep   Reinforcement  Learning,”  2019   IEEE  31s t   Internati onal  Conference  on  Tools  with  Artifici al  Intelligen ce  (ICTAI) ,  pp.  864 - 870,  2019.  DOI:   10.1109/ICTAI.2019.00123.   [19]   C.  Qi,  et  al ,  “Deep  Reinforcement  Learning  With  Discre te  Normalized  Advantage  Functions  for  Resource  Management in Ne twork Slicing,” in  IEEE Communi cations L etters , vol. 23, no. 8, pp. 1337 - 1341, Aug. 2019.    [20]   P.  Tuyen,  et  al. ,  “Deep  Reinforcement  Learning   Algorithms  for  S teering  a  Underactuated  Ship,”  2017  IEE E  Internati onal  Conference  on  Multisens or  Fusion  and  Integrati on  for  Intelligen t  Systems  (MFI  2017) ,  2017.  https://doi.org/10.1109/MFI.2017.8170388 .   [21]   O Ali, and MK Ishak.  “Bringing in telligence to IoT Ed ge: Machine Learning based S mart City Image C lassification   using  Microsoft  Azure  IoT  and  Custom   Vision,”  Journal   of  Physics:  Confer ence  Series,   2020.  DOI:  10.1088/1742 - 6596/1529/4/042076.       B I O G R A P H I E S   O F  A U T H O R S       Tan  Szi  Hui   received  B.  Sc.   degree  in  electronic  and  computer   en gineering  from  Universiti   Teknikal Malaysia Melaka in 2019,  and the  M. Sc. degree  in embedde d system engineering from   Universiti S ains Malaysia in  2020.         Mohamad   Khairi   Ishak  received   the  B.Eng  degree   in  Electrical  an d  Electronics  Engineering   from  the  International  Islamic  University  Malaysia  (IIUM),  Malaysi a,  the  MSc.  in  Embedded  System,  from  the  Univer sity  of   Essex,   United  Kingdom   and  PhD   fro m  the  Univer sity  of  Bristol ,  United  Kingdom.  He  is   a  member   of  IEEE   and  a  registered   graduate  engineer  with  the  Board   of   Engineers  Malaysia  (BEM).  Currently,  he   is  a  Senior   Lecturer  in  M echatronics  Engineering  at   School  of  Electrical  and  Electronic   Engineering,  Universiti   Sains  Mal a ysia  (USM).  His  research   interests  are  Embedded   System,  Real - Time   Control  Communicatio ns  and  Internet  of   Things   (IoT).  Emphasis  is  given   towards  the   development  of  theoretical   an d  practical  methods  which   can  be  practically  validated.  Recently,  significant   research  effort  h as  been  directed  towards   important industr ial issues of  embedded  networke d control sys tems and Io T.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.