强化学习bpython

时间: 2023-09-30 17:06:15 浏览: 40
强化学习是一种机器学习方法,根据是否依赖于环境模型和行动的决策基准可以分为不同类型。根据是否依赖于环境模型,可以分为有模型学习和无模型学习。有模型学习使用环境模型来进行学习和决策,而无模型学习则直接从与环境的交互中学习和决策。根据行动的决策基准,可以分为基于价值的学习和基于策略的学习。基于价值的学习通过估计每个状态的价值来进行决策,而基于策略的学习则直接学习和优化策略函数来进行决策。[1] 在Python中,可以使用NumPy库的convolve函数来进行离散线性卷积操作。该函数的用法是numpy.convolve(data, kernel, mode='full'),其中data和kernel是输入的数组,mode参数指定了卷积的模式。具体的使用方法可以参考NumPy的官方文档。[2] 在强化学习中,Planner类是一个用于规划的类。它包含了初始化方法__init__、初始化环境的方法initialize、规划方法plan等。其中,transitions_at方法用于获取给定状态和动作下的转移概率和奖励,dict_to_grid方法用于将状态-奖励字典转换为网格形式的值函数表示,print_value_grid方法用于打印值函数的网格表示。[3]
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强化学习俄罗斯方块用Python编写代码

下面是一个用Python实现的简单强化学习俄罗斯方块的代码,使用的是Q-learning算法: ```python import numpy as np import random import time import pygame pygame.init() # 游戏参数 block_size = 30 # 方块大小 screen_width = 10 * block_size screen_height = 20 * block_size board_width = 10 board_height = 20 fps = 60 # 颜色定义 black = (0, 0, 0) white = (255, 255, 255) red = (255, 0, 0) green = (0, 255, 0) blue = (0, 0, 255) yellow = (255, 255, 0) purple = (255, 0, 255) cyan = (0, 255, 255) # 方块定义 shapes = [ np.array([[1, 1], [1, 1]]), np.array([[0, 2, 0], [2, 2, 2]]), np.array([[0, 3, 3], [3, 3, 0]]), np.array([[4, 4, 0], [0, 4, 4]]), np.array([[5, 5, 5, 5]]), np.array([[0, 0, 6], [6, 6, 6]]), np.array([[7, 7, 0], [0, 7, 7]]) ] colors = [white, cyan, yellow, purple, green, red, blue] # Q-learning参数 num_episodes = 5000 max_steps_per_episode = 200 learning_rate = 0.8 discount_rate = 0.95 exploration_rate = 1.0 max_exploration_rate = 1.0 min_exploration_rate = 0.01 exploration_decay_rate = 0.001 # Q-table初始化 q_table = np.zeros((board_width, board_height, 4)) # 游戏窗口 screen = pygame.display.set_mode((screen_width, screen_height)) pygame.display.set_caption("Tetris") # 方块类 class Block: def __init__(self, shape): self.shape = shape self.color = colors[shape[0, 0]] self.x = board_width // 2 - shape.shape[1] // 2 self.y = 0 def move(self, dx, dy): self.x += dx self.y += dy def rotate(self): self.shape = np.rot90(self.shape, k=-1) def get_pos(self): return [(i + self.x, j + self.y) for i, j in np.argwhere(self.shape)] def draw(self): for i, j in self.get_pos(): pygame.draw.rect(screen, self.color, (i * block_size, j * block_size, block_size, block_size)) # 游戏类 class Tetris: def __init__(self): self.board = np.zeros((board_width, board_height), dtype=int) self.block = Block(random.choice(shapes)) self.score = 0 self.lines_cleared = 0 def get_reward(self, lines_cleared): if lines_cleared == 0: return -10 elif lines_cleared == 1: return 100 elif lines_cleared == 2: return 300 elif lines_cleared == 3: return 500 elif lines_cleared == 4: return 800 def update(self, action): dx, dy, da = action self.block.move(dx, dy) if da == 1: self.block.rotate() pos = self.block.get_pos() if any(i < 0 or i >= board_width or j >= board_height or self.board[i, j] != 0 for i, j in pos): return False while all(j < board_height and self.board[:, j].sum() != board_width for i, j in pos): self.block.move(0, 1) for i, j in pos: self.board[i, j] = self.block.shape[0, 0] lines_cleared = 0 for j in range(board_height): if self.board[:, j].sum() == board_width: lines_cleared += 1 self.board = np.delete(self.board, j, axis=1) self.board = np.insert(self.board, 0, 0, axis=1) reward = self.get_reward(lines_cleared) self.score += reward self.lines_cleared += lines_cleared self.block = Block(random.choice(shapes)) return True def draw(self): screen.fill(black) for i in range(board_width): for j in range(board_height): if self.board[i, j] != 0: pygame.draw.rect(screen, colors[self.board[i, j]], (i * block_size, j * block_size, block_size, block_size)) self.block.draw() font = pygame.font.SysFont(None, 30) text = font.render("Score: " + str(self.score), True, white) screen.blit(text, (screen_width - 150, 50)) text = font.render("Lines: " + str(self.lines_cleared), True, white) screen.blit(text, (screen_width - 150, 100)) pygame.display.flip() def get_state(self): state = np.array(self.board) for i, j in self.block.get_pos(): state[i, j] = self.block.shape[0, 0] return state def reset(self): self.board = np.zeros((board_width, board_height), dtype=int) self.block = Block(random.choice(shapes)) self.score = 0 self.lines_cleared = 0 # Q-learning for episode in range(num_episodes): tetris = Tetris() state = tetris.get_state() done = False t = 0 while not done and t < max_steps_per_episode: # 探索率 exploration_rate = min_exploration_rate + (max_exploration_rate - min_exploration_rate) * np.exp(-exploration_decay_rate * episode) # 动作选择 if np.random.rand() < exploration_rate: action = np.random.randint(0, 4) else: action = np.argmax(q_table[tuple(state.flatten())]) # 执行动作 dx, dy, da = [(0, -1), (0, 1), (1, 0), (0, 0)][action] new_state = tetris.get_state() reward = tetris.get_reward(tetris.lines_cleared) done = not tetris.update((dx, dy, da)) # 更新Q表 q_table[tuple(state.flatten() + (action,))] = (1 - learning_rate) * q_table[tuple(state.flatten() + (action,))] + learning_rate * (reward + discount_rate * np.max(q_table[tuple(new_state.flatten())])) state = new_state t += 1 print("Episode {}: score = {}".format(episode, tetris.score)) # 游戏循环 tetris = Tetris() done = False while not done: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: done = True state = tetris.get_state() action = np.argmax(q_table[tuple(state.flatten())]) dx, dy, da = [(0, -1), (0, 1), (1, 0), (0, 0)][action] done = not tetris.update((dx, dy, da)) tetris.draw() time.sleep(1 / fps) pygame.quit() ``` 这个代码使用了Pygame库来绘制游戏界面,并使用了Q-learning算法来学习控制方块移动。在游戏结束后,代码会输出训练过程中每个episode的得分,然后进入测试模式,自动运行学习到的策略来玩游戏。

多智能体强化学习的原理简介及基于Sarsa的多智能体强化学习python代码

多智能体强化学习 (Multi-agent Reinforcement Learning, MARL) 是指一个由多个个体组成的环境中,每个个体都有自己的决策空间,目标是通过与环境的交互,获取最大的累积奖励。MARL 的特点是不同个体之间相互影响,一个个体的决策将会影响其他个体的决策,因此 MARL 的复杂度比单智能体强化学习要高。其主要应用于博弈论、自动驾驶、机器人、智能交通等领域。 基于Sarsa的多智能体强化学习算法可以通过如下步骤实现: 1. 初始化每个智能体的策略,价值函数以及环境模型。 2. 每个智能体与环境交互进行学习,按照如下步骤进行: a. 根据当前状态,每个智能体选择一个行为。这里使用 $\epsilon$-贪心策略,即以一定概率随机选择行为,以一定概率选择当前最优行为。 b. 执行行为,更新环境状态。 c. 获取奖励,用于更新价值函数。 d. 根据新状态和价值函数更新智能体的策略。这里使用Sarsa(state-action-reward-state-action)算法,即使用当前策略选择一个行为,然后观察下一个状态及奖励,利用下一个状态和奖励更新当前价值函数,再根据新的价值函数更新策略。 e. 将状态更新为新状态,继续执行下一个动作。 3. 迭代多次执行以上步骤,直到收敛。 下面是基于Sarsa的多智能体强化学习的Python代码: ```python import numpy as np import random #定义环境 class Gridworld: def __init__(self, size): self.size = size self.state = np.zeros(2, dtype=np.int32) self.actions = np.array([[0,1],[0,-1],[1,0],[-1,0]]) self.rewards = np.array([[0,-10],[-10,0],[0,-10],[0,-10]]) #判断当前状态是否终止状态 def is_terminal(self, state): if ((state == [0,0]).all() or (state == [self.size-1,self.size-1]).all()): return True else: return False #获取当前状态的所有可选行为 def get_actions(self): return self.actions #更新状态 def update_state(self, action): new_state = self.state + action if new_state[0] < 0 or new_state[0] >= self.size or new_state[1] < 0 or new_state[1] >= self.size: return False else: self.state = new_state return True #获取当前状态的奖励 def get_reward(self): return self.rewards[np.where(np.all(self.actions == self.action, axis=1))[0][0]] #定义智能体 class Agent: def __init__(self, id, grid): self.id = id self.grid = grid self.q_table = np.zeros((grid.size, grid.size, 4)) #价值函数 self.epsilion = 0.1 #探索概率 self.alpha = 0.5 #学习率 self.gamma = 0.9 #衰减系数 #根据当前状态选择一个行为 def choose_action(self, state): if random.uniform(0,1) < self.epsilion: action = random.choice(self.grid.get_actions()) else: action = self.greedy_policy(state) return action #根据epsilon-greedy策略选择一个行为 def greedy_policy(self, state): values = self.q_table[state[0], state[1], :] max_value = np.max(values) actions = self.grid.get_actions() candidate_actions = [a for a in actions if values[np.where(np.all(self.grid.actions == a, axis=1))[0][0]] == max_value] return random.choice(candidate_actions) #执行一个周期,包括选择行为、执行行为、更新价值函数和策略 def run_cycle(self, state): self.action = self.choose_action(state) self.grid.update_state(self.action) reward = self.grid.get_reward() next_state = self.grid.state next_action = self.choose_action(next_state) value = self.q_table[state[0], state[1], np.where(np.all(self.grid.actions == self.action, axis=1))[0][0]] next_value = self.q_table[next_state[0], next_state[1], np.where(np.all(self.grid.actions == next_action, axis=1))[0][0]] td_error = reward + self.gamma * next_value - value self.q_table[state[0], state[1], np.where(np.all(self.grid.actions == self.action, axis=1))[0][0]] += self.alpha * td_error self.epsilion *= 0.99 #探索概率指数衰减 #执行多个周期 def run_cycles(self, num_cycles): for i in range(num_cycles): if self.grid.is_terminal(self.grid.state): self.grid.state = np.zeros(2, dtype=np.int32) state = self.grid.state self.run_cycle(state) #定义多智能体 class MultiAgent: def __init__(self, num_agents, grid): self.grid = grid self.agents = [Agent(i, grid) for i in range(num_agents)] #执行一个周期,让每个智能体分别执行一个周期 def run_cycle(self): for agent in self.agents: if self.grid.is_terminal(self.grid.state): self.grid.state = np.zeros(2, dtype=np.int32) state = self.grid.state agent.run_cycle(state) #执行多个周期 def run_cycles(self, num_cycles): for i in range(num_cycles): self.run_cycle() #设定环境大小和智能体数量 size = 4 num_agents = 2 #初始化环境和多智能体 grid = Gridworld(size) multi_agent = MultiAgent(num_agents, grid) #执行多个周期 multi_agent.run_cycles(1000) #输出每个智能体的价值函数 for agent in multi_agent.agents: print('agent', agent.id) print(agent.q_table) ```

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