写一个基于Python的DQN路径规划

时间: 2024-02-11 17:08:33 浏览: 44
好的,以下是一个基于Python的DQN路径规划的程序示例: ```python import random import numpy as np from keras.models import Sequential from keras.layers import Dense, Flatten from keras.optimizers import Adam # 定义状态空间 states = [(i, j, k) for i in range(10) for j in range(10) for k in range(4)] num_states = len(states) # 定义动作空间 actions = [(0, 1), (0, -1), (1, 0), (-1, 0)] num_actions = len(actions) # 定义奖励函数 def reward_func(state, action): x, y, z = state dx, dy = action next_x, next_y = x + dx, y + dy if next_x < 0 or next_x >= 10 or next_y < 0 or next_y >= 10: return -1 # 撞到边界,给予负奖励 if next_x == 7 and next_y == 7 and z == 3: return 1 # 到达目标位置,给予正奖励 if next_x == 5 and next_y == 5 and z == 2: return 0.5 # 经过特定位置,给予部分奖励 return 0 # 其他情况,给予零奖励 # 定义DQN模型 def build_model(): model = Sequential() model.add(Dense(64, input_dim=num_states, activation='relu')) model.add(Dense(64, activation='relu')) model.add(Dense(num_actions, activation='linear')) model.compile(loss='mse', optimizer=Adam(lr=0.001)) return model # 定义经验回放缓冲区 class ReplayBuffer: def __init__(self, buffer_size): self.buffer_size = buffer_size self.buffer = [] def add(self, experience): if len(self.buffer) + len(experience) >= self.buffer_size: self.buffer[0:(len(experience) + len(self.buffer)) - self.buffer_size] = [] self.buffer.extend(experience) def sample(self, size): return np.reshape(np.array(random.sample(self.buffer, size)), [size, 5]) # 定义DQN智能体 class DQNAgent: def __init__(self): self.model = build_model() self.target_model = build_model() self.buffer = ReplayBuffer(50000) self.gamma = 0.99 self.epsilon = 1.0 self.epsilon_min = 0.01 self.epsilon_decay = 0.995 self.batch_size = 64 self.update_target_model() def update_target_model(self): self.target_model.set_weights(self.model.get_weights()) def choose_action(self, state): if np.random.rand() <= self.epsilon: return np.random.randint(num_actions) act_values = self.model.predict(np.reshape(state, [1, num_states])) return np.argmax(act_values[0]) def learn(self): if len(self.buffer.buffer) < self.batch_size: return minibatch = self.buffer.sample(self.batch_size) states = np.array([i[0] for i in minibatch]) actions = np.array([i[1] for i in minibatch]) rewards = np.array([i[2] for i in minibatch]) next_states = np.array([i[3] for i in minibatch]) dones = np.array([i[4] for i in minibatch]) targets = self.model.predict(states) q_next = self.target_model.predict(next_states) targets[range(self.batch_size), actions] = rewards + self.gamma * np.max(q_next, axis=1) * (1 - dones) self.model.fit(states, targets, epochs=1, verbose=0) def decay_epsilon(self): if self.epsilon > self.epsilon_min: self.epsilon *= self.epsilon_decay # 初始化智能体 agent = DQNAgent() num_episodes = 5000 # 训练模型 for episode in range(num_episodes): state = (0, 0, 0) total_reward = 0 while True: # 选择动作 action = agent.choose_action(state) # 更新状态并计算奖励 next_state = (state[0] + actions[action][0], state[1] + actions[action][1], (state[2] + 1) % 4) reward = reward_func(state, actions[action]) agent.buffer.add([(state, action, reward, next_state, False)]) total_reward += reward # 学习 agent.learn() # 更新状态 state = next_state if state == (7, 7, 3): agent.buffer.add([(state, 0, 0, None, True)]) break # 打印结果 print("第{}轮训练的总奖励为:{}".format(episode + 1, total_reward)) # 更新目标模型和epsilon agent.update_target_model() agent.decay_epsilon() # 测试模型 state = (0, 0, 0) path = [(0, 0)] while state != (7, 7, 3): action = np.argmax(agent.model.predict(np.reshape(state, [1, num_states]))[0]) next_state = (state[0] + actions[action][0], state[1] + actions[action][1], (state[2] + 1) % 4) path.append((next_state[0], next_state[1])) state = next_state # 输出结果 print("最短路径为:", path) ``` 这个程序使用DQN算法来实现三维路径规划,在训练结束后,输出从起点到达目标点的最短路径。在实践中,需要根据具体应用场景进行选择和调整。可以使用Python中的Keras和numpy等库来实现DQN算法。

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