深入探索TD3算法的推理过程

之前初步探索了强化学习TD3算法。

https://blog.csdn.net/liliang199/article/details/158321952

TD3是解决DDPG中因函数近似误差导致的Q值过高估计问题。

这里进一步分析TD3算法的理论推导过程,尝试从新的角度理解TD3算法。

1 TD3流程

TD3流程如下所示

TD3算法主要围绕Critic(价值网络)和Actor(策略网络)的更新展开。

2 Critic网络推导

Critic网络的目标是构建更可靠的学习目标,准确评估状态-动作对的价值

在TD3中,这一步的推导引入了前两项关键改进。

2.1 目标策略平滑

目标策略平滑(Target Policy Smoothing),作用是防止Critic对某些动作产生过高估计,使价值估计更平滑。

计算目标值时,不会直接使用目标策略网络输出的下一个动作,而是给它添加一个截断的噪声

这里是从均值为0、标准差为的正态分布中采样,并截断在范围内。

相当于在目标动作周围构建了一个邻域,要求Critic对这个邻域内的动作都给出相近的价值估计。

2.2 截断双Q学习

截断双Q学习(Clipped Double Q-Learning)直接解决单估计器带来的过高估计问题。

TD3维护两个Critic网络,以及对应的目标网络

在计算目标值时,对于由目标策略平滑得到的动作,两个目标Critic网络分别给出估计值。

TD3取其中的较小值作为最终的目标值。这一取小操作是抑制过高估计的关键。

其中,是奖励,是折扣因子,表示是否结束。

2.3 Critic网络的损失函数

得到了目标值 后,两个Critic网络的更新方式就是标准的回归问题。

它们损失函数是均方误差MSE,目标是让自己的预测值尽可能地接近目标值

3 Actor网络推导

Actor的目标是找到能最大化价值的动作。这一步的推导引入了第三项关键改进:延迟更新。

3.1 延迟的策略更新

即Delayed Policy Updates,在Critic的价值估计尚未稳定时,避免Actor盲目地迎合可能错误的估计,从而减少震荡和发散。

Actor的更新频率低于Critic。通常,每更新2次Critic,才更新1次Actor。这确保了Actor总是在一个相对准确的价值函数面上进行梯度上升。

3.2 Actor网络策略梯度

当轮到Actor更新时,它使用其中一个Critic,通常为的输出来指导自己。

其目标是最大化期望回报。在实际计算中,通过对采样批次求平均来近似梯度。

直观感觉,对于采样状态,Actor输出动作获得Critic 即评分尽可能高。

4 参数更新训练流程

最后,整个网络的参数更新方式如下,这使得上述推导能够闭环:

1)Critic网络

通过最小化各自的损失函数来更新参数,

2)Actor网络

通过最大化即最小化 来更新参数

3)目标网络更新

采用软更新,即Polyak Averaging方式,缓慢地将当前网络的参数复制给目标网络,以稳定训练。

其中是一个很小的数(如 0.005)。

reference


Twin-Delayed DDPG (TD3)

https://skrl.readthedocs.io/en/develop/api/agents/td3.html

Twin Delayed DDPG

https://spinningup.readthedocs.io/zh-cn/latest/algorithms/td3.html#pseudocode

强化学习算法TD3的探索和学习

https://blog.csdn.net/liliang199/article/details/158321952

Twin-Delayed Deep Deterministic (TD3) Policy Gradient Agent

https://kr.mathworks.com/help/reinforcement-learning/ug/td3-agents.html#mw_367f0ae0-3ed0-4317-9e26-01f22c6a8d29

强化学习之图解PPO算法和TD3算法

https://www.e-com-net.com/article/1544100607541972992.htm

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