Lee Hung-yi强化学习 | (5) Q-learning用于连续动作 (NAF算法)

2023-11-01 12:20

本文主要是介绍Lee Hung-yi强化学习 | (5) Q-learning用于连续动作 (NAF算法),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

Lee Hung-yi强化学习专栏系列博客主要转载自CSDN博主 qqqeeevvv,原专栏地址
课程视频
课件地址

普通的Q-learning比policy gradient比较容易实现,但是在处理连续动作(比如方向盘要转动多少度)的时候就会显得比较吃力。

因为如果action是离散的几个动作,那就可以把这几个动作都代到Q-function去算Q-value。但是如果action是连续的,此时action就是一个vector,vector里面又都有对应的value,那就没办法穷举所有的action去算Q-value。
在这里插入图片描述
先介绍2种容易想到但效果不一定好的方法

1. 穷举action

在这里插入图片描述
这个方法sample N个action,一个一个代到Q function里,看哪个a得到的Q value最大。

缺点:即便sample 很多很多个action,还是没办法把所有的action都穷举出来(因为它是连续动作)。这样就会导致结果不那么精确。

2. 使用梯度上升求Q value

在这里插入图片描述
使用gradient ascent来求解,看采取什么action能让Q-function得到最大的Q value。

缺点:
1)由于使用gradient ascent,可能得到的结果只是局部的最优解。
2)每次考虑采取哪个a前,都要做一次类似于train network的工作,这个运算量太大

以上两种方法是比较容易想到,但是效果不好的方法,下面介绍一个比较好的方法

3. Normalized Advantage Functions(NAF)

设计一个新的网络来解连续动作的最优化问题。

论文地址

先给出概念如下,后面再讲具体的。
在这里插入图片描述
此时Q value 由状态值函数V与动作价值函数 A 相加而得。
在这里插入图片描述
其中 x 表示状态State,u表示动作Action,θ 是对应的网络参数,A函数可以看成动作 u 在状态 x 下的优势。我们的目的就是要使网络输出的动作 u 所对应的Q值最大。

具体来说,如下:
在这里插入图片描述
从buffer里sample一个batch的transition ( s t , a t , r t , s t + 1 ) (s_t,a_t,r_t,s_{t+1}) (st,at,rt,st+1),新的Q function以状态 s t s_t st,动作 a t a_t at作为输入,依据输入的 s t s_t st得到输出 μ ( s t ) \mu (s_t) μ(st)(vector), Σ ( s t ) \Sigma (s_t) Σ(st)(matrix), V ( s t ) V(s_t) V(st)(scalar)

其中,在输出 Σ ( s t ) \Sigma (s_t) Σ(st)这个矩阵前,其实先输出了矩阵L,矩阵L是对角线都是正数的下三角矩阵。然后根据乔列斯基(Cholesky)分解,构造出最终的 Σ ( s t ) \Sigma (s_t) Σ(st)这个矩阵(对应上式的P矩阵)。

输入的动作a再与上面三个结果进行组合形成Q function,如下图:
在这里插入图片描述
a和 μ ( s ) \mu (s) μ(s)转置后,变成1行N列;与矩阵相乘;再与a和 μ ( s ) \mu (s) μ(s)(N行1列)相乘,最终变成一个普通的数值,即标量(scalar),再加上V(s)就是最后的Q value。另外,在状态s下要做出的action由 μ ( s ) \mu (s) μ(s)给出。这样,NAF就实现既输出动作action,也输出这个action对应的Q value。(这时候再看一下,上图的前三项其实就是类似于文章前面公式中的A函数(优势函数)。)

接下来看如何使Q function输出的Q value达到最大值,NAF的Q function:
在这里插入图片描述
优势函数(advantage function)可以看成 A ( s , a ) = − ( a − μ ( s ) ) 2 × P A(s,a) = -(a-\mu(s))^2\times P A(s,a)=(aμ(s))2×P,又因为P矩阵在论文中有设定为是正定的矩阵,那么A就是一个小于等于0的值。

所以,理想的情况就是当 μ ( s ) = a \mu (s) = a μ(s)=a,那么此时A函数达到最大值0,那么Q function也得到最大的Q value。

可能有人疑惑:
既然是通过 μ ( s ) \mu (s) μ(s)输出action,那输入的action是干什么的?
输入的action 是从transition中sample的动作,是起到训练网络中的label的作用。目的是让网络输出的 μ ( s ) \mu (s) μ(s)不偏离 a 太多并且希望最后 μ ( s ) \mu (s) μ(s)逐点收敛于a,从而得到最大的Q value。

下图为NAF执行过程(图参考自)
在这里插入图片描述
NAF伪代码如下:
在这里插入图片描述
Normalized Advantage Functions(NAF)更多内容可参考以下博文:
https://blog.csdn.net/lipengcn/article/details/81840756
https://blog.csdn.net/u013236946/article/details/73243310
https://zhuanlan.zhihu.com/p/21609472

4. 不使用Q-learning而使用actor-critic

在这里插入图片描述

这篇关于Lee Hung-yi强化学习 | (5) Q-learning用于连续动作 (NAF算法)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/322935

相关文章

Java进阶学习之如何开启远程调式

《Java进阶学习之如何开启远程调式》Java开发中的远程调试是一项至关重要的技能,特别是在处理生产环境的问题或者协作开发时,:本文主要介绍Java进阶学习之如何开启远程调式的相关资料,需要的朋友... 目录概述Java远程调试的开启与底层原理开启Java远程调试底层原理JVM参数总结&nbsMbKKXJx

如何通过Golang的container/list实现LRU缓存算法

《如何通过Golang的container/list实现LRU缓存算法》文章介绍了Go语言中container/list包实现的双向链表,并探讨了如何使用链表实现LRU缓存,LRU缓存通过维护一个双向... 目录力扣:146. LRU 缓存主要结构 List 和 Element常用方法1. 初始化链表2.

golang字符串匹配算法解读

《golang字符串匹配算法解读》文章介绍了字符串匹配算法的原理,特别是Knuth-Morris-Pratt(KMP)算法,该算法通过构建模式串的前缀表来减少匹配时的不必要的字符比较,从而提高效率,在... 目录简介KMP实现代码总结简介字符串匹配算法主要用于在一个较长的文本串中查找一个较短的字符串(称为

通俗易懂的Java常见限流算法具体实现

《通俗易懂的Java常见限流算法具体实现》:本文主要介绍Java常见限流算法具体实现的相关资料,包括漏桶算法、令牌桶算法、Nginx限流和Redis+Lua限流的实现原理和具体步骤,并比较了它们的... 目录一、漏桶算法1.漏桶算法的思想和原理2.具体实现二、令牌桶算法1.令牌桶算法流程:2.具体实现2.1

Java深度学习库DJL实现Python的NumPy方式

《Java深度学习库DJL实现Python的NumPy方式》本文介绍了DJL库的背景和基本功能,包括NDArray的创建、数学运算、数据获取和设置等,同时,还展示了如何使用NDArray进行数据预处理... 目录1 NDArray 的背景介绍1.1 架构2 JavaDJL使用2.1 安装DJL2.2 基本操

Python中的随机森林算法与实战

《Python中的随机森林算法与实战》本文详细介绍了随机森林算法,包括其原理、实现步骤、分类和回归案例,并讨论了其优点和缺点,通过面向对象编程实现了一个简单的随机森林模型,并应用于鸢尾花分类和波士顿房... 目录1、随机森林算法概述2、随机森林的原理3、实现步骤4、分类案例:使用随机森林预测鸢尾花品种4.1

HarmonyOS学习(七)——UI(五)常用布局总结

自适应布局 1.1、线性布局(LinearLayout) 通过线性容器Row和Column实现线性布局。Column容器内的子组件按照垂直方向排列,Row组件中的子组件按照水平方向排列。 属性说明space通过space参数设置主轴上子组件的间距,达到各子组件在排列上的等间距效果alignItems设置子组件在交叉轴上的对齐方式,且在各类尺寸屏幕上表现一致,其中交叉轴为垂直时,取值为Vert

Ilya-AI分享的他在OpenAI学习到的15个提示工程技巧

Ilya(不是本人,claude AI)在社交媒体上分享了他在OpenAI学习到的15个Prompt撰写技巧。 以下是详细的内容: 提示精确化:在编写提示时,力求表达清晰准确。清楚地阐述任务需求和概念定义至关重要。例:不用"分析文本",而用"判断这段话的情感倾向:积极、消极还是中性"。 快速迭代:善于快速连续调整提示。熟练的提示工程师能够灵活地进行多轮优化。例:从"总结文章"到"用

不懂推荐算法也能设计推荐系统

本文以商业化应用推荐为例,告诉我们不懂推荐算法的产品,也能从产品侧出发, 设计出一款不错的推荐系统。 相信很多新手产品,看到算法二字,多是懵圈的。 什么排序算法、最短路径等都是相对传统的算法(注:传统是指科班出身的产品都会接触过)。但对于推荐算法,多数产品对着网上搜到的资源,都会无从下手。特别当某些推荐算法 和 “AI”扯上关系后,更是加大了理解的难度。 但,不了解推荐算法,就无法做推荐系

【前端学习】AntV G6-08 深入图形与图形分组、自定义节点、节点动画(下)

【课程链接】 AntV G6:深入图形与图形分组、自定义节点、节点动画(下)_哔哩哔哩_bilibili 本章十吾老师讲解了一个复杂的自定义节点中,应该怎样去计算和绘制图形,如何给一个图形制作不间断的动画,以及在鼠标事件之后产生动画。(有点难,需要好好理解) <!DOCTYPE html><html><head><meta charset="UTF-8"><title>06