强化学习DDPG算法

时间: 2023-11-18 14:55:42 浏览: 59
强化学习DDPG算法是一种基于深度学习的强化学习算法,全称为Deep Deterministic Policy Gradient。它是一种Actor-Critic算法,其中Actor网络用于学习策略,Critic网络用于学习值函数。DDPG算法的主要特点是可以处理连续动作空间的问题,并且可以在高维状态空间中进行学习。DDPG算法的核心思想是使用一个Actor网络来输出动作,同时使用一个Critic网络来评估这个动作的价值。Actor网络和Critic网络都是基于深度神经网络的,可以使用反向传播算法进行训练。DDPG算法的优点是可以处理高维状态空间和连续动作空间的问题,并且可以在实际应用中取得很好的效果。 下面是DDPG算法的几个步骤: 1. 初始化Actor网络和Critic网络的参数。 2. 从环境中获取初始状态s,并使用Actor网络输出一个动作a。 3. 执行动作a,并观察环境的反馈,得到下一个状态s'和奖励r。 4. 将(s,a,r,s')存储到经验回放池中。 5. 从经验回放池中随机采样一批数据,使用Critic网络计算每个状态动作对的Q值,并使用Actor网络计算每个状态的动作。 6. 使用反向传播算法更新Actor网络和Critic网络的参数。 7. 重复步骤2-6,直到达到预设的训练次数或者达到预设的性能指标。
相关问题

强化学习DDPG代码

DDPG(Deep Deterministic Policy Gradient)是一种强化学习算法,用于解决连续动作空间的问题。下面是一个简单的DDPG代码示例: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import numpy as np # 定义Actor网络 class Actor(nn.Module): def __init__(self, state_dim, action_dim): super(Actor, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(state_dim, 256) self.fc2 = nn.Linear(256, 128) self.fc3 = nn.Linear(128, action_dim) def forward(self, state): x = torch.relu(self.fc1(state)) x = torch.relu(self.fc2(x)) x = torch.tanh(self.fc3(x)) return x # 定义Critic网络 class Critic(nn.Module): def __init__(self, state_dim, action_dim): super(Critic, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(state_dim + action_dim, 256) self.fc2 = nn.Linear(256, 128) self.fc3 = nn.Linear(128, 1) def forward(self, state, action): x = torch.cat([state, action], dim=1) x = torch.relu(self.fc1(x)) x = torch.relu(self.fc2(x)) x = self.fc3(x) return x # 定义DDPG算法 class DDPG: def __init__(self, state_dim, action_dim): self.actor = Actor(state_dim, action_dim) self.actor_target = Actor(state_dim, action_dim) self.critic = Critic(state_dim, action_dim) self.critic_target = Critic(state_dim, action_dim) self.actor_optimizer = optim.Adam(self.actor.parameters(), lr=0.001) self.critic_optimizer = optim.Adam(self.critic.parameters(), lr=0.001) self.loss_fn = nn.MSELoss() self.memory = [] self.batch_size = 64 self.gamma = 0.99 self.tau = 0.001 def select_action(self, state): state = torch.FloatTensor(state) action = self.actor(state).detach().numpy() return action def remember(self, state, action, reward, next_state, done): self.memory.append((state, action, reward, next_state, done)) def replay(self): if len(self.memory) < self.batch_size: return batch = np.random.choice(len(self.memory), self.batch_size, replace=False) state_batch = torch.FloatTensor([self.memory[i][0] for i in batch]) action_batch = torch.FloatTensor([self.memory[i][1] for i in batch]) reward_batch = torch.FloatTensor([self.memory[i][2] for i in batch]) next_state_batch = torch.FloatTensor([self.memory[i][3] for i in batch]) done_batch = torch.FloatTensor([self.memory[i][4] for i in batch]) # 更新Critic网络 next_action_batch = self.actor_target(next_state_batch) target_q = reward_batch + self.gamma * (1 - done_batch) * self.critic_target(next_state_batch, next_action_batch).detach() q_values = self.critic(state_batch, action_batch) critic_loss = self.loss_fn(q_values, target_q) self.critic_optimizer.zero_grad() critic_loss.backward() self.critic_optimizer.step() # 更新Actor网络 policy_loss = -self.critic(state_batch, self.actor(state_batch)).mean() self.actor_optimizer.zero_grad() policy_loss.backward() self.actor_optimizer.step() # 更新目标网络 for param, target_param in zip(self.actor.parameters(), self.actor_target.parameters()): target_param.data.copy_(self.tau * param.data + (1 - self.tau) * target_param.data) for param, target_param in zip(self.critic.parameters(), self.critic_target.parameters()): target_param.data.copy_(self.tau * param.data + (1 - self.tau) * target_param.data) # 创建DDPG对象 state_dim = 4 action_dim = 2 ddpg = DDPG(state_dim, action_dim) # 训练DDPG for episode in range(1000): state = env.reset() done = False total_reward = 0 while not done: action = ddpg.select_action(state) next_state, reward, done, _ = env.step(action) ddpg.remember(state, action, reward, next_state, done) ddpg.replay() state = next_state total_reward += reward print("Episode: {}, Total Reward: {}".format(episode, total_reward)) ``` 这段代码实现了一个简单的DDPG算法,包括Actor和Critic网络的定义、网络参数的更新、经验回放等步骤。你可以根据自己的需求进行修改和扩展。

强化学习ddpg解决tsp

强化学习(Reinforcement Learning)是一种通过智能体与环境的交互来学习最优行为的机器学习方法。TSP(Traveling Salesman Problem)是一个NP难问题,即在给定的一些城市和每对城市之间的距离,求解访问每一座城市一次并回到起始城市的最短回路。DDPG(Deep Deterministic Policy Gradient)是一种基于策略梯度的深度强化学习算法,可以用于解决连续动作空间的问题。 因此,可以使用DDPG算法来解决TSP问题。具体来说,可以将每个城市看作一个状态,智能体需要在这些状态之间进行移动,并且需要在访问每个城市后回到起始城市。智能体的目标是最小化访问每个城市的总距离。在DDPG算法中,智能体的策略网络可以输出每个状态下应该采取的动作,而值网络可以评估每个状态下采取动作的价值。通过不断地与环境交互,智能体可以学习到最优的策略,从而解决TSP问题。 下面是一个使用DDPG算法解决TSP问题的代码示例: ```python import numpy as np import tensorflow as tf import gym # 定义智能体的策略网络和值网络 class Actor: def __init__(self, sess, n_features, n_actions, lr=0.001): self.sess = sess self.s = tf.placeholder(tf.float32, [None, n_features], "state") self.a = tf.placeholder(tf.float32, [None, n_actions], "action") self.td_error = tf.placeholder(tf.float32, None, "td_error") l1 = tf.layers.dense( inputs=self.s, units=30, activation=tf.nn.relu, kernel_initializer=tf.random_normal_initializer(0., .1), bias_initializer=tf.constant_initializer(0.1), name='l1' ) mu = tf.layers.dense( inputs=l1, units=n_actions, activation=tf.nn.tanh, kernel_initializer=tf.random_normal_initializer(0., .1), bias_initializer=tf.constant_initializer(0.1), name='mu' ) sigma = tf.layers.dense( inputs=l1, units=n_actions, activation=tf.nn.softplus, kernel_initializer=tf.random_normal_initializer(0., .1), bias_initializer=tf.constant_initializer(0.1), name='sigma' ) global_step = tf.Variable(0, trainable=False) self.mu, self.sigma = tf.squeeze(mu*2), tf.squeeze(sigma+0.1) self.normal_dist = tf.distributions.Normal(self.mu, self.sigma) self.action = tf.clip_by_value(self.normal_dist.sample(1), -2, 2) with tf.name_scope('exp_v'): log_prob = self.normal_dist.log_prob(self.a) self.exp_v = log_prob * self.td_error self.exp_v += 0.01*self.normal_dist.entropy() with tf.name_scope('train'): self.train_op = tf.train.AdamOptimizer(lr).minimize(-self.exp_v, global_step=global_step) def learn(self, s, a, td): self.sess.run(self.train_op, {self.s: s, self.a: a, self.td_error: td}) def choose_action(self, s): return self.sess.run(self.action, {self.s: s}) class Critic: def __init__(self, sess, n_features, lr=0.01): self.sess = sess self.s = tf.placeholder(tf.float32, [None, n_features], "state") self.v_ = tf.placeholder(tf.float32, [None, 1], "v_next") self.r = tf.placeholder(tf.float32, None, 'r') l1 = tf.layers.dense( inputs=self.s, units=30, activation=tf.nn.relu, kernel_initializer=tf.random_normal_initializer(0., .1), bias_initializer=tf.constant_initializer(0.1), name='l1' ) self.v = tf.layers.dense( inputs=l1, units=1, activation=None, kernel_initializer=tf.random_normal_initializer(0., .1), bias_initializer=tf.constant_initializer(0.1), name='V' ) with tf.name_scope('squared_TD_error'): self.td_error = self.r + 0.9*self.v_ - self.v self.loss = tf.square(self.td_error) with tf.name_scope('train'): self.train_op = tf.train.AdamOptimizer(lr).minimize(self.loss) def learn(self, s, r, s_): v_ = self.sess.run(self.v, {self.s: s_}) td_error, _ = self.sess.run([self.td_error, self.train_op], {self.s: s, self.v_: v_, self.r: r}) return td_error # 定义环境 class TSPEnv(gym.Env): def __init__(self, n_cities): self.n_cities = n_cities self.cities = np.random.rand(n_cities, 2) self.distances = np.zeros((n_cities, n_cities)) for i in range(n_cities): for j in range(n_cities): self.distances[i][j] = np.sqrt(np.sum(np.square(self.cities[i] - self.cities[j]))) self.reset() def reset(self): self.visited = np.zeros(self.n_cities) self.current_city = np.random.randint(self.n_cities) self.visited[self.current_city] = 1 self.total_distance = 0 self.step_count = 0 return self.get_state() def get_state(self): state = np.zeros((self.n_cities, 3)) for i in range(self.n_cities): state[i][0] = self.visited[i] state[i][1] = self.distances[self.current_city][i] state[i][2] = self.total_distance return state.flatten() def step(self, action): self.step_count += 1 next_city = np.argmax(action) if self.visited[next_city] == 1: reward = -10 else: reward = -self.distances[self.current_city][next_city] self.visited[next_city] = 1 self.current_city = next_city self.total_distance += self.distances[self.current_city][next_city] done = (self.step_count == self.n_cities) return self.get_state(), reward, done, {} # 训练智能体 def train(sess, env, actor, critic): for i_episode in range(1000): state = env.reset() total_reward = 0 while True: action = actor.choose_action(state[np.newaxis, :]) state_, reward, done, _ = env.step(action) td_error = critic.learn(state[np.newaxis, :], reward, state_[np.newaxis, :]) actor.learn(state[np.newaxis, :], action, td_error) state = state_ total_reward += reward if done: break print('Episode:', i_episode, 'Total reward:', total_reward) # 测试智能体 def test(sess, env, actor): state = env.reset() while True: action = actor.choose_action(state[np.newaxis, :]) state_, reward, done, _ = env.step(action) state = state_ if done: break print('Total distance:', env.total_distance) # 创建环境和智能体 env = TSPEnv(10) sess = tf.Session() actor = Actor(sess, env.observation_space.shape[0], env.action_space.n) critic = Critic(sess, env.observation_space.shape[0]) # 初始化变量 sess.run(tf.global_variables_initializer()) # 训练智能体 train(sess, env, actor, critic) # 测试智能体 test(sess, env, actor) ```

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