如何使用gym 库中的仿真环境设计规则,设计了一个长 300m,宽 3.5 m 的单向双车道,其中包含5辆车,每辆车为一个智能体,每个智能体的状态空间为车辆的位置和速度,动作空间为车辆的加速度,奖励函数为R,终止条件为目标换道车辆到达换道终点,帮我设计满足上述要求的策略为LSTM的A3C算法代码

时间: 2024-02-16 13:01:57 浏览: 21
以下是使用gym库中的仿真环境设计规则,设计一个长300m,宽3.5m的单向双车道,每辆车为一个智能体,每个智能体的状态空间为车辆的位置和速度,动作空间为车辆的加速度,奖励函数为R,终止条件为目标换道车辆到达换道终点,并且使用LSTM的A3C算法的代码: ```python import gym from gym import spaces import numpy as np class DoubleLaneEnv(gym.Env): """ A double lane environment with 5 vehicles. """ def __init__(self): self.length = 300 # length of the road self.width = 3.5 # width of the road self.num_agents = 5 # number of vehicles self.observation_space = spaces.Box(low=0, high=self.length, shape=(2*self.num_agents,)) self.action_space = spaces.Box(low=-10, high=10, shape=(self.num_agents,)) self.goal = self.length # goal position self.reward_range = (-np.inf, np.inf) self.reset() def reset(self): self.agents = [] for i in range(self.num_agents): agent_pos = np.random.uniform(low=0, high=self.length) agent_vel = np.random.uniform(low=0, high=30) self.agents.append({'pos': agent_pos, 'vel': agent_vel}) self.current_agent = 0 self.obs = np.array([agent['pos'] for agent in self.agents] + [agent['vel'] for agent in self.agents]) self.done = False self.reward = 0 return self.obs def step(self, action): if self.done: return self.obs, self.reward, self.done, {} agent = self.agents[self.current_agent] agent_vel = agent['vel'] agent_pos = agent['pos'] + agent_vel + action # check if the agent has reached the goal if agent_pos >= self.goal: self.done = True self.reward = 1.0 return self.obs, self.reward, self.done, {} # check for collisions for other_agent in self.agents: if other_agent['pos'] == agent_pos and other_agent['vel'] == agent_vel: self.done = True self.reward = -1.0 return self.obs, self.reward, self.done, {} # update the position and velocity of the agent agent['pos'] = agent_pos agent['vel'] = agent_vel # update the observation self.obs = np.array([agent['pos'] for agent in self.agents] + [agent['vel'] for agent in self.agents]) # calculate the reward self.reward = 0 if agent_pos >= self.goal: self.reward = 1.0 elif agent_pos >= self.width: self.reward = 0.1 else: self.reward = -0.1 # move to the next agent self.current_agent = (self.current_agent + 1) % self.num_agents return self.obs, self.reward, self.done, {} class LSTM_A3C: def __init__(self, env, n_steps=5, n_hidden=32, lr=0.0001, gamma=0.99): self.env = env self.obs_shape = env.observation_space.shape self.action_shape = env.action_space.shape self.n_hidden = n_hidden self.lr = lr self.gamma = gamma self.n_steps = n_steps self.actor = self.build_network() self.critic = self.build_network() self.optimizer = tf.optimizers.Adam(lr) self.states = [] self.actions = [] self.rewards = [] self.values = [] self.episode_reward = 0 def build_network(self): model = tf.keras.models.Sequential() model.add(tf.keras.layers.LSTM(self.n_hidden)) model.add(tf.keras.layers.Dense(self.action_shape[0], activation='softmax')) return model def act(self, state): state = state.reshape(1, -1) probabilities = self.actor.predict(state)[0] action = np.random.choice(range(self.action_shape[0]), p=probabilities) return action, probabilities def remember(self, state, action, reward, value): self.states.append(state) self.actions.append(action) self.rewards.append(reward) self.values.append(value) def learn(self): # calculate discounted rewards discounted_rewards = np.zeros_like(self.rewards) running_reward = 0 for t in reversed(range(len(self.rewards))): running_reward = running_reward * self.gamma + self.rewards[t] discounted_rewards[t] = running_reward # convert to tensors states = np.array(self.states) actions = np.array(self.actions) discounted_rewards = np.array(discounted_rewards) values = np.array(self.values) # calculate advantages advantages = discounted_rewards - values # calculate actor and critic losses with tf.GradientTape() as tape: logits = self.actor(states) action_masks = tf.one_hot(actions, self.action_shape[0]) log_probs = tf.reduce_sum(action_masks * tf.math.log(logits), axis=1) actor_loss = -tf.reduce_mean(log_probs * advantages) value_preds = self.critic(states) critic_loss = tf.reduce_mean(tf.math.square(discounted_rewards - value_preds)) total_loss = actor_loss + critic_loss # calculate gradients and update weights gradients = tape.gradient(total_loss, self.actor.trainable_variables + self.critic.trainable_variables) self.optimizer.apply_gradients(zip(gradients, self.actor.trainable_variables + self.critic.trainable_variables)) # reset memory self.states = [] self.actions = [] self.rewards = [] self.values = [] def train(self, n_episodes=1000): for episode in range(n_episodes): state = self.env.reset() for t in range(self.n_steps): action, probs = self.act(state) next_state, reward, done, _ = self.env.step(action) value = self.critic.predict(state.reshape(1, -1))[0] self.remember(state, action, reward, value) self.episode_reward += reward state = next_state if done or t == self.n_steps-1: self.learn() break print('Episode: {}, Reward: {:.2f}'.format(episode+1, self.episode_reward)) self.episode_reward = 0 def test(self, n_episodes=10): for episode in range(n_episodes): state = self.env.reset() done = False while not done: action, probs = self.act(state) next_state, reward, done, _ = self.env.step(action) state = next_state self.episode_reward += reward print('Episode: {}, Reward: {:.2f}'.format(episode+1, self.episode_reward)) self.episode_reward = 0 ``` 这个代码中,我们首先定义了一个名为 `DoubleLaneEnv` 的类,该类继承了 `gym.Env` 类,并定义了仿真环境的状态空间、动作空间和奖励函数等。然后,我们定义了一个名为 `LSTM_A3C` 的类,该类实现了LSTM的A3C算法,并使用 `DoubleLaneEnv` 类创建了一个仿真环境。最后,我们在 `train()` 和 `test()` 方法中训练和测试模型。

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