使用深度强化学习(DQN算法)来解决IEEE 30节点系统中的关键节点识别问题,并提供相应的Python代码

时间: 2023-06-11 07:10:37 浏览: 67
关键节点识别问题可以被视为一个强化学习问题,其中智能体必须学习如何在电网中识别关键节点,以最小化电网的损失。在这里,我们将使用DQN算法来解决这个问题。 首先,让我们导入必要的库。 ```python import numpy as np import pandas as pd import matplotlib.pyplot as plt from collections import deque import gym from gym import spaces ``` 接下来,我们将定义一个类来表示IEEE 30节点电网。在这个类中,我们将加载电网的拓扑结构和负载数据,并定义状态和动作空间。我们还将定义一个函数来计算当前状态下的奖励。 ```python class IEEE30Env(gym.Env): def __init__(self): # load topology self.topology = pd.read_excel('ieee30.xls', sheet_name='branchdata') self.topology = self.topology[['FromBus', 'ToBus']].values # load load data self.loads = pd.read_excel('ieee30.xls', sheet_name='Loaddata') self.loads = self.loads['P'].values # define action space self.action_space = spaces.Discrete(len(self.topology)) # define observation space self.observation_space = spaces.Box(low=0, high=np.inf, shape=(len(self.loads),)) def step(self, action): # get next state and reward based on action next_state, reward, done, _ = self._take_action(action) return next_state, reward, done, {} def reset(self): # reset to initial state self.current_state = np.zeros(len(self.loads)) return self.current_state def _take_action(self, action): # apply action to topology self.topology[action] = self.topology[action][::-1] # calculate next state next_state = np.zeros(len(self.loads)) for i in range(len(self.topology)): p = self.loads[self.topology[i][1]-1] next_state[self.topology[i][0]-1] += p # calculate reward reward = -np.sum(self.loads * next_state) # determine if episode is done done = False if np.sum(next_state > 1.2*self.loads) > 0: done = True return next_state, reward, done, {} def render(self, mode='human'): pass def close(self): pass ``` 接下来,我们将定义DQN代理和训练代码。 ```python import tensorflow as tf from tensorflow.keras.layers import Dense from tensorflow.keras.optimizers import Adam class DQNAgent: def __init__(self, state_size, action_size, learning_rate): 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 = learning_rate self.model = self._build_model() def _build_model(self): model = tf.keras.Sequential() model.add(Dense(24, input_dim=self.state_size, activation='relu')) model.add(Dense(24, activation='relu')) model.add(Dense(self.action_size, activation='linear')) model.compile(loss='mse', optimizer=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.choice(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)) states = np.vstack(minibatch[:, 0]) actions = minibatch[:, 1] rewards = minibatch[:, 2] next_states = np.vstack(minibatch[:, 3]) dones = minibatch[:, 4] targets = rewards + self.gamma * np.max(self.model.predict(next_states), axis=1) * (1 - dones) target_f = self.model.predict(states) target_f[np.arange(len(actions)), actions] = targets self.model.fit(states, target_f, epochs=1, verbose=0) if self.epsilon > self.epsilon_min: self.epsilon *= self.epsilon_decay def load(self, name): self.model.load_weights(name) def save(self, name): self.model.save_weights(name) env = IEEE30Env() state_size = env.observation_space.shape[0] action_size = env.action_space.n agent = DQNAgent(state_size, action_size, 0.01) done = False batch_size = 32 EPISODES = 1000 for e in range(EPISODES): state = env.reset() state = np.reshape(state, [1, state_size]) for time in range(500): action = agent.act(state) next_state, reward, done, _ = env.step(action) reward = reward if not done else -10 next_state = np.reshape(next_state, [1, state_size]) agent.remember(state, action, reward, next_state, done) state = next_state if done: print("episode: {}/{}, score: {}, e: {:.2}".format(e, EPISODES, time, agent.epsilon)) break if len(agent.memory) > batch_size: agent.replay(batch_size) ``` 该代码将在1000个episode上训练DQN代理来解决关键节点识别问题。在训练过程中,代理将学习如何在电网中识别关键节点,并在每个episode结束时输出分数和当前的探索率。 希望这个代码可以帮助你开始在电网中使用深度强化学习来解决关键节点识别问题。

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