数学建模社区-数学中国

标题: 经典控制任务(Q学习/策略梯度) [打印本页]

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:
  1. import gym) G1 u+ a' A! b
  2. import numpy as np
    7 W* u5 g" c- W9 ?& J
  3. / x% M; M6 e/ I( f9 ~4 E8 V
  4. # 初始化环境
    & k: R* M" r6 q& T2 v5 }. p
  5. env = gym.make('CartPole-v1')
    / z3 s7 V3 r( g( \6 C5 z
  6. n_actions = env.action_space.n
    6 {( ~3 t. t; M8 [9 \$ M
  7. n_states = env.observation_space.shape[0]8 w$ O) y. q6 c( J

  8. , c; u. u1 N; D
  9. # 初始化Q表
    ) J- b. P7 C* C% X
  10. Q = np.zeros((n_states, n_actions))# M! k  A) d5 K0 G& d/ O0 @
  11. 6 D& [* N! y4 X+ v" }' C6 |
  12. # 超参数' q% e  U/ [/ J4 d2 w0 F
  13. alpha = 0.1  # 学习率: O" e$ R4 C6 C2 r; \- V0 f/ V& Q
  14. gamma = 0.99  # 折扣因子) T4 u/ ]( t" M' u6 `
  15. epsilon = 0.1  # 探索率
    9 Y( x$ J* g' M0 S
  16. 2 M+ v  z8 e# p
  17. # 训练过程
    ! t# v2 S5 u4 _3 {
  18. for episode in range(1000):# [9 i+ N! I5 o5 z' K! ~
  19.     state = env.reset(). x( k4 {8 F( k+ J& f: S
  20.     done = False8 b8 B- b$ H. E% K
  21.     ) ~* `# l; K1 i
  22.     while not done:9 r" Q, ^" ^# I0 R. r  i
  23.         # epsilon-贪婪策略进行动作选择- s( q3 |" [& v$ l; U# y. [
  24.         if np.random.rand() < epsilon:% K& r6 H! E# H+ X, L5 E
  25.             action = env.action_space.sample()  # 探索, f% [+ L7 E2 z# l, M
  26.         else:
    6 {5 G$ E9 m! B! W9 J+ I& U; Q4 z9 r
  27.             action = np.argmax(Q[state, :])  # 利用
    " i. f& p. p* M  |

  28. 5 H1 c$ v* U4 D. n
  29.         # 执行动作* D& c  H+ G  s# [
  30.         next_state, reward, done, _ = env.step(action)4 I& ]2 P# {% N- C
  31.         8 m1 g/ r2 b. x  c
  32.         # Q表更新
    * e" x8 T9 j, m3 i) S( P
  33.         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' \
  34.         : Y: G8 ^+ y0 V2 g5 k0 t+ @
  35.         state = next_state
    3 @, F% n/ Z8 w+ D. g5 _% K

  36. $ a# _7 o1 n! B" a3 }* N
  37. # 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




欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/) Powered by Discuz! X2.5