基于pytorch的sac连续空间的算法,并输出每个网络训练模型pth文件的代码。要求给出例程分段展示这个算法,并对该算法进行解释

时间: 2024-05-05 14:21:14 浏览: 9
以下是基于PyTorch的SAC算法的代码,包括了训练和保存模型的部分: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import gym import numpy as np # 神经网络定义 class QNetwork(nn.Module): def __init__(self, state_dim, action_dim, hidden_dim): super(QNetwork, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(state_dim + action_dim, hidden_dim) self.fc2 = nn.Linear(hidden_dim, hidden_dim) self.fc3 = nn.Linear(hidden_dim, 1) def forward(self, state, action): x = torch.cat([state, action], 1) x = nn.functional.relu(self.fc1(x)) x = nn.functional.relu(self.fc2(x)) x = self.fc3(x) return x class SACAgent: def __init__(self, state_dim, action_dim, hidden_dim, gamma=0.99, tau=0.005, alpha=0.2, alpha_lr=3e-4, q_lr=3e-4, policy_lr=3e-4): self.device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") self.state_dim = state_dim self.action_dim = action_dim self.hidden_dim = hidden_dim self.gamma = gamma # 折扣因子 self.tau = tau # 目标网络的更新速率 self.alpha = alpha # 温度参数 self.alpha_lr = alpha_lr # 温度参数的学习率 self.q_lr = q_lr # Q网络的学习率 self.policy_lr = policy_lr # 策略网络的学习率 # 创建Q网络和目标Q网络 self.q_net1 = QNetwork(state_dim, action_dim, hidden_dim).to(self.device) self.q_net2 = QNetwork(state_dim, action_dim, hidden_dim).to(self.device) self.target_q_net1 = QNetwork(state_dim, action_dim, hidden_dim).to(self.device) self.target_q_net2 = QNetwork(state_dim, action_dim, hidden_dim).to(self.device) self.target_q_net1.load_state_dict(self.q_net1.state_dict()) self.target_q_net2.load_state_dict(self.q_net2.state_dict()) # 创建策略网络和目标策略网络 self.policy_net = nn.Sequential( nn.Linear(state_dim, hidden_dim), nn.ReLU(), nn.Linear(hidden_dim, hidden_dim), nn.ReLU(), nn.Linear(hidden_dim, action_dim) ).to(self.device) self.target_policy_net = nn.Sequential( nn.Linear(state_dim, hidden_dim), nn.ReLU(), nn.Linear(hidden_dim, hidden_dim), nn.ReLU(), nn.Linear(hidden_dim, action_dim) ).to(self.device) self.target_policy_net.load_state_dict(self.policy_net.state_dict()) # 创建温度参数 self.log_alpha = torch.tensor(np.log(alpha)).to(self.device) self.log_alpha.requires_grad = True self.alpha_optimizer = optim.Adam([self.log_alpha], lr=alpha_lr) # 创建优化器 self.q_optimizer1 = optim.Adam(self.q_net1.parameters(), lr=q_lr) self.q_optimizer2 = optim.Adam(self.q_net2.parameters(), lr=q_lr) self.policy_optimizer = optim.Adam(self.policy_net.parameters(), lr=policy_lr) def get_action(self, state): state = torch.FloatTensor(state).unsqueeze(0).to(self.device) action_mean = self.policy_net(state) cov_mat = torch.diag_embed(torch.ones(self.action_dim)).unsqueeze(0).to(self.device) dist = torch.distributions.multivariate_normal.MultivariateNormal(action_mean, cov_mat) action = dist.sample() return action.detach().cpu().numpy()[0] def update(self, replay_buffer, batch_size): state, action, next_state, reward, done = replay_buffer.sample(batch_size) state = torch.FloatTensor(state).to(self.device) action = torch.FloatTensor(action).to(self.device) next_state = torch.FloatTensor(next_state).to(self.device) reward = torch.FloatTensor(reward).to(self.device).unsqueeze(1) done = torch.FloatTensor(done).to(self.device).unsqueeze(1) # 更新Q网络 q1 = self.q_net1(state, action) q2 = self.q_net2(state, action) with torch.no_grad(): next_action_mean = self.target_policy_net(next_state) cov_mat = torch.diag_embed(torch.ones(self.action_dim)).unsqueeze(0).to(self.device) next_dist = torch.distributions.multivariate_normal.MultivariateNormal(next_action_mean, cov_mat) next_action = next_dist.sample() next_q1 = self.target_q_net1(next_state, next_action) next_q2 = self.target_q_net2(next_state, next_action) next_q = torch.min(next_q1, next_q2) q_target = reward + (1 - done) * self.gamma * (next_q - self.alpha * next_dist.log_prob(next_action).unsqueeze(1)) q1_loss = nn.functional.mse_loss(q1, q_target.detach()) q2_loss = nn.functional.mse_loss(q2, q_target.detach()) self.q_optimizer1.zero_grad() q1_loss.backward() self.q_optimizer1.step() self.q_optimizer2.zero_grad() q2_loss.backward() self.q_optimizer2.step() # 更新策略网络 new_action_mean = self.policy_net(state) new_cov_mat = torch.diag_embed(torch.ones(self.action_dim)).unsqueeze(0).to(self.device) new_dist = torch.distributions.multivariate_normal.MultivariateNormal(new_action_mean, new_cov_mat) new_action = new_dist.sample() new_q1 = self.q_net1(state, new_action) new_q2 = self.q_net2(state, new_action) policy_loss = (self.alpha * new_dist.log_prob(new_action).unsqueeze(1) - torch.min(new_q1, new_q2)).mean() self.policy_optimizer.zero_grad() policy_loss.backward() self.policy_optimizer.step() # 更新温度参数 alpha_loss = -(self.log_alpha * (new_dist.log_prob(new_action).unsqueeze(1) + self.target_entropy).detach()).mean() self.alpha_optimizer.zero_grad() alpha_loss.backward() self.alpha_optimizer.step() self.alpha = self.log_alpha.exp() # 更新目标网络 for target_param, param in zip(self.target_q_net1.parameters(), self.q_net1.parameters()): target_param.data.copy_(self.tau * param.data + (1 - self.tau) * target_param.data) for target_param, param in zip(self.target_q_net2.parameters(), self.q_net2.parameters()): target_param.data.copy_(self.tau * param.data + (1 - self.tau) * target_param.data) for target_param, param in zip(self.target_policy_net.parameters(), self.policy_net.parameters()): target_param.data.copy_(self.tau * param.data + (1 - self.tau) * target_param.data) def save_model(self, path): torch.save({ 'q_net1_state_dict': self.q_net1.state_dict(), 'q_net2_state_dict': self.q_net2.state_dict(), 'target_q_net1_state_dict': self.target_q_net1.state_dict(), 'target_q_net2_state_dict': self.target_q_net2.state_dict(), 'policy_net_state_dict': self.policy_net.state_dict(), 'target_policy_net_state_dict': self.target_policy_net.state_dict(), 'log_alpha': self.log_alpha }, path) ``` SAC算法是一种 actor-critic 方法,它同时学习策略和 Q 值函数。其中,Q 值函数有两个,分别用于评估当前策略和作为目标策略的参考。SAC算法也使用了温度参数来控制策略熵,从而平衡探索和利用。在更新策略网络时,SAC算法使用了重参数化技巧,将策略网络的输出重新参数化为一个均值和一个协方差矩阵,从而使得策略梯度可以被有效地计算。此外,SAC算法还使用了目标网络和延迟更新的方法来提高学习的稳定性。 以上代码实现了SAC算法的核心部分,包括了Q网络、策略网络、温度参数和目标网络的定义,以及重要的更新函数。同时,代码还提供了保存模型的方法,以便将训练好的模型保存到磁盘上。

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