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标题:
经典控制任务(Q学习/策略梯度)
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作者:
2744557306
时间:
2024-3-31 16:41
标题:
经典控制任务(Q学习/策略梯度)
环境:使用OpenAI Gym提供的环境,如CartPole或MountainCar。
0 N; _' S* A0 Q$ v3 s Y
任务:训练一个智能体控制杆保持平衡或者车辆达到山顶。
- ~1 m' z: X8 m/ H8 O i O
挑战:尝试不同的强化学习算法和调整其参数来提高智能体的性能。
, B% v; A7 P( l+ U
在强化学习中,Q学习和策略梯度是两种经典的算法,适用于解决各种控制任务。下面提供一个概念性的示例来说明如何使用Q学习算法在CartPole环境中训练智能体。
% ~7 a4 |/ `. D# Z* |0 H9 e
X, F+ P' o: z0 K# u/ _) H6 C5 m6 ~
环境安装
+ A2 V3 Z" N3 I9 J
首先,确保你已经安装了gym库。如果没有,你可以通过运行pip install gym来安装它。
! G `5 e* E S
3 {2 R) D5 Y S8 {; E
Q学习示例
5 c2 l3 ?4 B1 ~$ q5 _; S
Q学习是一种无模型的强化学习算法,可以用于学习动作价值函数(即Q函数)。以下是一个使用Q学习在CartPole环境中训练智能体的基础框架:
import gym
) G1 u+ a' A! b
import numpy as np
7 W* u5 g" c- W9 ?& J
/ x% M; M6 e/ I( f9 ~4 E8 V
# 初始化环境
& k: R* M" r6 q& T2 v5 }. p
env = gym.make('CartPole-v1')
/ z3 s7 V3 r( g( \6 C5 z
n_actions = env.action_space.n
6 {( ~3 t. t; M8 [9 \$ M
n_states = env.observation_space.shape[0]
8 w$ O) y. q6 c( J
, c; u. u1 N; D
# 初始化Q表
) J- b. P7 C* C% X
Q = np.zeros((n_states, n_actions))
# M! k A) d5 K0 G& d/ O0 @
6 D& [* N! y4 X+ v" }' C6 |
# 超参数
' q% e U/ [/ J4 d2 w0 F
alpha = 0.1 # 学习率
: O" e$ R4 C6 C2 r; \- V0 f/ V& Q
gamma = 0.99 # 折扣因子
) T4 u/ ]( t" M' u6 `
epsilon = 0.1 # 探索率
9 Y( x$ J* g' M0 S
2 M+ v z8 e# p
# 训练过程
! t# v2 S5 u4 _3 {
for episode in range(1000):
# [9 i+ N! I5 o5 z' K! ~
state = env.reset()
. x( k4 {8 F( k+ J& f: S
done = False
8 b8 B- b$ H. E% K
) ~* `# l; K1 i
while not done:
9 r" Q, ^" ^# I0 R. r i
# epsilon-贪婪策略进行动作选择
- s( q3 |" [& v$ l; U# y. [
if np.random.rand() < epsilon:
% K& r6 H! E# H+ X, L5 E
action = env.action_space.sample() # 探索
, f% [+ L7 E2 z# l, M
else:
6 {5 G$ E9 m! B! W9 J+ I& U; Q4 z9 r
action = np.argmax(Q[state, :]) # 利用
" i. f& p. p* M |
5 H1 c$ v* U4 D. n
# 执行动作
* D& c H+ G s# [
next_state, reward, done, _ = env.step(action)
4 I& ]2 P# {% N- C
8 m1 g/ r2 b. x c
# Q表更新
* e" x8 T9 j, m3 i) S( P
Q[state, action] = Q[state, action] + alpha * (reward + gamma * np.max(Q[next_state, :]) - Q[state, action])
* t1 d0 s" }# j G) y1 U; Y$ f' \
: Y: G8 ^+ y0 V2 g5 k0 t+ @
state = next_state
3 @, F% n/ Z8 w+ D. g5 _% K
$ a# _7 o1 n! B" a3 }* N
# 测试智能体
复制代码
请注意,这里的代码只是一个概念性的框架。实际上,由于CartPole环境的状态空间是连续的,直接使用这种方法无法高效实现。你需要对状态空间进行离散化,或使用深度Q网络(DQN)等方法来处理连续状态空间。
8 W9 r) ?7 I Z. z# {, v- u0 d
+ `+ F) m. q- S5 y4 @3 g
策略梯度
& Z! F" |# L& p2 E
策略梯度方法直接对策略进行参数化,并通过梯度上升来优化策略。与Q学习等价值基方法不同,策略梯度方法属于策略基方法。
+ o6 v3 ^" J4 \
/ ^( x0 R$ W' u% D
; o3 ]% q' X/ h* x P
( i; C) g! x# @9 C
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