Biopharmaceutical manufacturing is a rapidly growing industry with impact in virtually all branches of medicine. Biomanufacturing processes require close monitoring and control, in the presence of complex bioprocess dynamics with many interdependent factors, as well as extremely limited data due to the high cost and long duration of experiments. We develop a novel model-based reinforcement learning framework that can achieve human-level control in low-data environments. The model uses a probabilistic knowledge graph to capture causal interdependencies between factors in the underlying stochastic decision process, leveraging information from existing kinetic models from different unit operations while incorporating real-world experimental data. We then present a computationally efficient, provably convergent stochastic gradient method for policy optimization. Validation is conducted on a realistic application with a multi-dimensional, continuous state variable.


翻译:生物制药制造业是一个迅速增长的产业,对几乎所有医学分支都有影响。生物制造过程需要密切监测和控制,同时需要复杂的生物工艺动态和许多相互依存因素,以及由于试验成本高、时间长而极有限的数据。我们开发了一个新型的基于模型的强化学习框架,可以在低数据环境中实现人类层面的控制。模型使用概率知识图来捕捉基本诊断决策过程中各种因素之间的因果关系,利用不同单位操作的现有动能模型的信息,同时纳入现实世界的实验数据。我们然后为政策优化提出一种计算高效的、可预见趋同的梯度方法。验证是在现实应用的基础上进行的,并有一个多维、连续的状态变量。

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