ppo代码的pytorch实现

时间: 2023-09-08 20:14:26 浏览: 67
以下是一个简单的PPO算法的PyTorch实现,主要参考了OpenAI baselines中的实现。这里以CartPole-v1为例: ```python import torch import torch.nn as nn from torch.distributions import Categorical import gym class ActorCritic(nn.Module): def __init__(self, obs_shape, action_space): super(ActorCritic, self).__init__() self.observation_space = obs_shape self.action_space = action_space self.actor_fc1 = nn.Linear(obs_shape[0], 64) self.actor_fc2 = nn.Linear(64, action_space.n) self.critic_fc1 = nn.Linear(obs_shape[0], 64) self.critic_fc2 = nn.Linear(64, 1) self.log_probs = [] self.values = [] self.rewards = [] self.masks = [] def act(self, obs): actor_x = torch.tanh(self.actor_fc1(obs)) action_scores = self.actor_fc2(actor_x) dist = Categorical(logits=action_scores) action = dist.sample() self.log_probs.append(dist.log_prob(action)) return action.item() def evaluate(self, obs): actor_x = torch.tanh(self.actor_fc1(obs)) action_scores = self.actor_fc2(actor_x) dist = Categorical(logits=action_scores) action = dist.sample() log_prob = dist.log_prob(action) critic_x = torch.tanh(self.critic_fc1(obs)) value = self.critic_fc2(critic_x) self.log_probs.append(log_prob) self.values.append(value) return action.item(), value.item() def clear_memory(self): del self.log_probs[:] del self.values[:] del self.rewards[:] del self.masks[:] class PPO: def __init__(self, env_name, batch_size=64, gamma=0.99, clip_param=0.2, ppo_epoch=10, lr=3e-4, eps=1e-5): self.env = gym.make(env_name) self.obs_space = self.env.observation_space self.act_space = self.env.action_space self.clip_param = clip_param self.ppo_epoch = ppo_epoch self.batch_size = batch_size self.gamma = gamma self.eps = eps self.lr = lr self.net = ActorCritic(self.obs_space.shape, self.act_space) self.optimizer = torch.optim.Adam(self.net.parameters(), lr=self.lr, eps=self.eps) self.net.train() def get_batch(self): obs = self.obs_buf[np.asarray(self.batch_ids)] actions = self.act_buf[np.asarray(self.batch_ids)] rewards = self.rew_buf[np.asarray(self.batch_ids)] dones = self.done_buf[np.asarray(self.batch_ids)] next_obs = self.obs_buf[np.asarray(self.batch_ids) + 1] masks = 1 - dones.astype(np.float32) return obs, actions, rewards, next_obs, masks def learn(self, obs, actions, rewards, next_obs, masks): obs = torch.tensor(obs, dtype=torch.float32) actions = torch.tensor(actions, dtype=torch.float32) rewards = torch.tensor(rewards, dtype=torch.float32).unsqueeze(1) masks = torch.tensor(masks, dtype=torch.float32).unsqueeze(1) next_obs = torch.tensor(next_obs, dtype=torch.float32) with torch.no_grad(): _, next_value = self.net.evaluate(next_obs) advantage = rewards + self.gamma * masks * next_value - self.net.values[-1] returns = [] gae = 0 lambda_ = 0.95 for i in reversed(range(len(rewards))): delta = rewards[i] + self.gamma * masks[i] * self.net.values[i + 1] - self.net.values[i] gae = delta + self.gamma * masks[i] * lambda_ * gae returns.insert(0, gae + self.net.values[i]) returns = torch.tensor(returns, dtype=torch.float32) for _ in range(self.ppo_epoch): for ind in BatchSampler(SubsetRandomSampler(range(self.batch_size)), self.batch_size, False): log_prob, value = self.net.evaluate(obs[ind]) ratio = torch.exp(log_prob - self.net.log_probs[ind]) adv = advantage[ind] surr1 = ratio * adv surr2 = torch.clamp(ratio, 1 - self.clip_param, 1 + self.clip_param) * adv actor_loss = -torch.min(surr1, surr2).mean() critic_loss = (returns[ind] - value).pow(2).mean() loss = actor_loss + 0.5 * critic_loss # optimize self.optimizer.zero_grad() loss.backward() self.optimizer.step() self.net.clear_memory() def run(self, max_iter=10000): obs = self.env.reset() episode_reward = 0 for i in range(max_iter): action = self.net.act(torch.tensor(obs, dtype=torch.float32)) next_obs, reward, done, _ = self.env.step(action) episode_reward += reward self.net.rewards.append(reward) self.net.masks.append(1 - done) obs = next_obs if done: obs = self.env.reset() self.net.clear_memory() if i % self.batch_size == 0 and i != 0: self.learn(*self.get_batch()) if i % 100 == 0 and i != 0: print('Episode {}, Reward: {:.2f}'.format(i, episode_reward / 100)) episode_reward = 0 ``` 上述代码中,我们首先定义了一个ActorCritic类,它包括一个Actor和一个Critic。Actor根据当前状态输出动作的概率分布,并根据分布进行采样;Critic则输出当前状态的价值。在PPO算法中,我们需要同时更新Actor和Critic。PPO算法的核心在于计算Advantage,可以参考第一篇回答中的解释。此外,我们还需要使用一个BatchSampler对数据进行采样。在run函数中,我们首先根据当前状态获取一个动作,然后执行该动作,并将相关的信息存储在ActorCritic类中。如果当前episode结束,我们则清空ActorCritic类中的信息,并重置环境。如果当前步数可以被batch_size整除,我们则进行PPO算法的更新。

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