利用强化学习方法优化控制增益变量(三辆车的速度和位置)实现三辆车编队系统,给出仿真代码

时间: 2024-03-03 19:51:42 浏览: 138
好的,我可以为你提供一个简单的三辆车编队系统的强化学习仿真代码。代码基于Python和Gym强化学习环境库。在代码中,我们使用了深度Q网络(DQN)算法来优化控制增益变量。 ```python import gym import numpy as np import tensorflow as tf from collections import deque # 定义DQN算法类 class DQNAgent: def __init__(self, state_size, action_size): self.state_size = state_size self.action_size = action_size self.memory = deque(maxlen=2000) self.gamma = 0.95 self.epsilon = 1.0 self.epsilon_decay = 0.995 self.epsilon_min = 0.01 self.learning_rate = 0.001 self.model = self._build_model() def _build_model(self): model = tf.keras.models.Sequential() model.add(tf.keras.layers.Dense(24, input_dim=self.state_size, activation='relu')) model.add(tf.keras.layers.Dense(24, activation='relu')) model.add(tf.keras.layers.Dense(self.action_size, activation='linear')) model.compile(loss='mse', optimizer=tf.keras.optimizers.Adam(lr=self.learning_rate)) return model def remember(self, state, action, reward, next_state, done): self.memory.append((state, action, reward, next_state, done)) def act(self, state): if np.random.rand() <= self.epsilon: return np.random.randint(self.action_size) act_values = self.model.predict(state) return np.argmax(act_values[0]) def replay(self, batch_size): minibatch = np.array(random.sample(self.memory, batch_size)) for state, action, reward, next_state, done in minibatch: target = reward if not done: target = (reward + self.gamma * np.amax(self.model.predict(next_state)[0])) target_f = self.model.predict(state) target_f[0][action] = target self.model.fit(state, target_f, epochs=1, verbose=0) if self.epsilon > self.epsilon_min: self.epsilon *= self.epsilon_decay # 定义环境类 class ThreeCarsEnv(gym.Env): def __init__(self): self.observation_space = gym.spaces.Box(low=-10, high=10, shape=(6,)) self.action_space = gym.spaces.Discrete(3) self.cars = np.array([[0, 0], [0, 2], [0, 4]]) self.velocities = np.array([[0, 0], [0, 0], [0, 0]]) self.reward_range = (-np.inf, np.inf) def step(self, action): action = action - 1 self.velocities[:, 1] += action self.cars += self.velocities self.cars[self.cars < 0] = 0 self.cars[self.cars > 10] = 10 state = np.concatenate([self.cars.flatten(), self.velocities.flatten()]) reward = -np.abs(self.cars[1, 0] - self.cars[0, 0]) - np.abs(self.cars[2, 0] - self.cars[1, 0]) done = False if np.sum(np.abs(self.cars[1:, 0] - self.cars[:-1, 0])) < 0.1: done = True return state, reward, done, {} def reset(self): self.cars = np.array([[0, 0], [0, 2], [0, 4]]) self.velocities = np.array([[0, 0], [0, 0], [0, 0]]) state = np.concatenate([self.cars.flatten(), self.velocities.flatten()]) return state # 实例化环境和代理 env = ThreeCarsEnv() state_size = env.observation_space.shape[0] action_size = env.action_space.n agent = DQNAgent(state_size, action_size) # 训练 batch_size = 32 num_episodes = 1000 for e in range(num_episodes): state = env.reset() state = np.reshape(state, [1, state_size]) done = False while not done: action = agent.act(state) next_state, reward, done, _ = env.step(action) next_state = np.reshape(next_state, [1, state_size]) agent.remember(state, action, reward, next_state, done) state = next_state if len(agent.memory) > batch_size: agent.replay(batch_size) ``` 在代码中,我们定义了一个DQNAgent类和一个ThreeCarsEnv环境类。DQNAgent类实现了DQN算法,并使用Keras构建深度神经网络模型。ThreeCarsEnv类定义了三辆车的状态、动作和奖励,以及在环境中运行的步骤。 在主程序中,我们实例化了环境和代理,并使用训练循环来训练代理。在每个训练周期内,代理根据当前状态选择一个动作,将新的状态、奖励和完成标志传递给代理进行记忆,并更新其神经网络模型。
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