GAE generalized advantage estimation 广义优势估计

优势函数:采取这个动作的实际总收益 减去 我按照平均水平(价值函数V)采取动作的预期总收益 如果差值为正,说明这个动作比平均水平好,为负则说明差

实际计算这个 实际总收益的时候,GAE 广义优势估计就是为了解决这个计算 实际总收益的问题的

计算优势 :实际总收益(Gt-V(st)),核心难点在于怎么算Gt(从当前步t到eposide结束的实际总回报)

为什么?Gt定义:从t时刻往后所有真实奖励折扣累加

Gt是整条交互轨迹走完之后,才能拿到的真实累计汇报

真实训练场景的两大困难:

在线交互时,t时刻无法预知为例所有的rt+1,rt+2

走到第t个token时,后面还没生成,未来奖励不存在,当场算不出完整Gt。必须等整条句子全部生成结束,回溯整条序列才能算出每个位置的Gt。

难点2:两种极端方案各自有严重缺陷

蒙特卡洛(MC)等整段生成后,拿到真实全部回报。但是长文本生成,几百上千token整条轨迹奖励波动极大,梯度震荡,训练难收敛

单步TD,只用下一步预测价值近似回报:

偏差很大,完全忽略多步未来收益

V(st)本来就是critic预估的,在状态st下,遵循当前策略平均能拿到的未来总回报,是基线。At=Gt-V(st)的含义:当前这条估计实际拿到的总回报比平均基线好多少。不存在步采取哦当作就有确定未来,所有未来奖励都是随机的,取决于策略采样的每一步token

  • 序列未结束时,无法实时获取全部未来真实奖励,必须完整走完 episode 才能回溯;
  • 两种直接估算Gt的方式各有硬伤:蒙特卡洛完整回报方差爆炸,单步 TD 误差偏差严重,所以引入 GAE,用 λ 加权融合多步 TD 误差,平衡偏差与方差,得到更稳定的优势估计

V(st) 处在状态st,按照当前策略持续生成下去,未来能拿到的平均总折扣回报,是一个期望值,平均基线,不是某一条轨迹的真实回报Gt

TD误差:rt是在st执行动作at时,立刻拿到的即使奖励。V(st+1):critic估计,进入下一个状态st+1之后,未来所有步的平均总收益,r是折扣因子,降低远期奖励权重。、

V(st):停在状态st​,严格按照当前策略π持续不断执行动作、一路走到 episode 结束,整条轨迹所有折扣奖励的数学期望(平均分)

动作action去哪了 at已经隐含在rt和st+1里

逻辑:在状态st(今天天气真)

执行一个动作at,生成了token 好

因为执行这个动作,环境给了你即时奖励,因为执行了这个动作,进入了下一个状态st+1,现在文本变成"今天天气真好"

公式中的 rt和st+1就是动作at的直接后果,TD误差就是做了这个动作后,实际发生的情况与我原本预期的情况之间的差距

V(st)就是在当前状态未来所有的奖励的平均值,在st这个时间点,critic预估从这一刻开始,直到episode结束,平均拿到的总回报是多少

rt就是执行当前动作给的奖励,然后到了下一个状态之后的估计价值(乘以衰减)减去如果不执行这个动作,没变到新的状态的话,预估的价值是多少 不是不执行这个动作,是在执行这个动作之前,对当前状态的st原有的期望价值

为什么不使用MC,因为只看rt其实应该是整个输出之后得到的rt,无法得到中间的情况,是从哪里开始出现问题的、这个就是critic的好处,就是知道模型是从哪里开始生成的不对的,这个就是在当前状态预估未来期望的优点。

为什么不直接从这步预估未来的期望而要每一步都预估的原因是为了啥?

为什么不使用MC,因为只看rt其实应该是整个输出之后得到的rt,无法得到中间的情况,是从哪里开始出现问题的、这个就是critic的好处,就是知道模型是从哪里开始生成的不对的,这个就是在当前状态预估未来期望的优点。 为什么不直接从这步预估未来的期望而要每一步都预估的原因是为了啥?我对于第一个的解答是对的吗?然后是第二个,第二个的原因也是为了得到每个状态下的预估期望,从而定位是从哪里出现了问题,哪里出现的问题比较大?这样模型比较好地去更新参数吗?

这是我的疑问,看大模型解答

首先确实MC是所有的奖励叠加,大模型说无法知道是哪个状态出了问题,但是我的问题是即时奖励都有了,为啥不知道是哪步出问题了?

rt​ 只是这一步本身的即时得分 ,但 MC 的优势 At​ 衡量的是:从 t 开始到结尾整条路整体好不好,不是单独评判 rt​ 好不好。哪怕 r1​=2 本身是高分,只要后面几步疯狂扣分,MC 依然会判定「状态s1​整体很差,要打压第一步的动作」,造成误判。

MC 逻辑:只要从 t 出发的整条路结局差,就认为 t 这个动作不好,不分 "是当前步坑人,还是后面步坑人"。 你只看到r1​=2很好,但 MC 看不到单步独立好坏,它只看整条后路打包总和,后面的负分会覆盖前面的正向rt​,把罪责连带算在前面所有步骤头上。

对于TD 我就是不懂,这不是写的很明确了吗?就是这么算的啊?为什么要叠加后面的,使用权重衰减的GAE啊?在执行这步的时候还要看到后面所有的吗?我不理解啥意思

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