【强化学习实验】- Actor-Critic

一、实验内容

基于cart-pole环境,实验AC算法的效果,并于策略梯度比较。

通俗理解:

actor是不知道啥好啥不好,只会不停的采样数据

基于采样到的数据,critic模型逐渐学会价值判断,学会价值判断有啥用呢?能够指导actor学习,让actor知道自己采样的数据是好还是差。

① 瞎子 背着 瘸子 走路

② 互利共赢

二、实验目标

2.1 确定实验流程(伪代码)

这是一个在线学习算法,收集episode粒度的数据,然后训练Critic模型、Critic模型可以进一步训练Actor模型。

复制代码
初始化策略网络、价值网络

for 序列e=1->E:
    用当前策略采样轨迹e={s,a,r,s,a......}
    delta = [r + gamma*V(St+1)] - V(St)
    # 优化价值模型
    for d in e:
        loss = torch.MSE(V(s), r + gamma*V(St+1))
    
    # 优化策略模型
    for d in e:
        loss = -[delta]*log(π(a|s))

2.2 建模Actor

2.3 建模Critic

2.4 建模Loss函数(即微分对象)

2.5 比较AC算法与策略梯度效果

目标 - 微分 - Loss 关系

三、实验过程

3.1 流程

完整代码见附件

3.2 建模Actor

Actor输入state,输出action分布,为critic提供TD训练数据

python 复制代码
class PolicyNet(torch.nn.Module):
    def __init__(self, state_dim, hidden_dim, action_dim):
        super(PolicyNet, self).__init__()
        self.fc1 = torch.nn.Linear(state_dim, hidden_dim)
        self.fc2 = torch.nn.Linear(hidden_dim, action_dim)
    def forward(self, x):
        x = F.relu(self.fc1(x))
        return F.softmax(self.fc2(x), dim=1)

3.3 建模Critic

critic输入state,输出价值预估,为actor提供训练数据

python 复制代码
class ValueNet(torch.nn.Module):
    def __init__(self, state_dim, hidden_dim):
        super(ValueNet, self).__init__()
        self.fc1 = torch.nn.Linear(state_dim, hidden_dim)
        self.fc2 = torch.nn.Linear(hidden_dim, 1)

    def forward(self, x):
        x = F.relu(self.fc1(x))
        # 价值预估没有加激活函数
        return self.fc2(x)

3.4 建模Loss

建模AC强化算法,基于 时序差分优势 优化Actor模型,基于均方误差优化Critic模型。

python 复制代码
  def update(self, transition_dict):
      # 获取sarsa五元组
      # 时序差分目标
      td_target = rewards + self.gamma * self.critic(next_states) * (1 -
                                                                     dones)
      td_delta = td_target - self.critic(states)  # 时序差分误差
      log_probs = torch.log(self.actor(states).gather(1, actions))
      actor_loss = torch.mean(-log_probs * td_delta.detach())
      # 均方误差损失函数
      critic_loss = torch.mean(
          F.mse_loss(self.critic(states), td_target.detach()))
      self.actor_optimizer.zero_grad()
      self.critic_optimizer.zero_grad()
      actor_loss.backward()  # 计算策略网络的梯度
      critic_loss.backward()  # 计算价值网络的梯度
      self.actor_optimizer.step()  # 更新策略网络的参数
      self.critic_optimizer.step()  # 更新价值网络的参数

四、实验结果

结论先行

① 收敛效果明显由于策略梯度算法

② actor-loss先降低,而后回升,原因未知(可能需要引入目标网络-PPO、熵正则化-SAC)。

4.1 实际收益

4.2 平滑收益

4.3 actor-loss

4.4 critic-loss

相关推荐
海上小飞龙9 小时前
【KMP算法-下篇】同一道题:Java 库函数 2600 微秒,手写 KMP 16 微秒
java·开发语言·算法
青少儿编程课堂9 小时前
后缀自动机解析:本质不同子串与最长重复片段统计
c++·python·算法·bfs·信息学竞赛
朝朝辞暮i9 小时前
C++ 第 12 课:局部变量、作用域、变量生命周期
开发语言·c++·算法
乐迪信息11 小时前
港口船舶逆行怎么管?AI防爆摄像机搭载智能检测算法
大数据·人工智能·深度学习·算法·计算机视觉
Sirens.12 小时前
Java并发锁详解:六类锁策略与 synchronized 底层原理
java·前端·算法
和裕12 小时前
全纸结构重型纸箱能否满足 1 吨以上设备出口熏蒸豁免要求?通关合规性全解析
大数据·运维·网络·人工智能·算法
tangguofeng12 小时前
不带头结点的链队操作集(不含InitFlag)(C语言版)
算法
苏打豆14 小时前
CRISP源码阅读——基于ROS2力矩反馈控制器与速度加速度零空间
c++·线性代数·算法·矩阵·机器人
蛋蛋的就会顺顺的14 小时前
hot100——矩阵
java·数据结构·算法·leetcode·力扣
老歌老听老掉牙14 小时前
麻花钻切屑形态演变的力学机制与临界条件分析
python·算法·钻头