多智能体DQN代码Pytorch

时间: 2023-09-17 20:07:50 浏览: 49
以下是多智能体DQN的Pytorch代码: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torch.nn.functional as F import numpy as np import random from collections import namedtuple, deque # 定义超参数 BUFFER_SIZE = int(1e5) # replay buffer的大小 BATCH_SIZE = 64 # mini-batch的大小 GAMMA = 0.99 # discount factor TAU = 1e-3 # soft update的参数 LR = 5e-4 # learning rate UPDATE_EVERY = 4 # 更新的时间间隔 # 检查GPU是否可用 device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu") # 定义多智能体DQN的类 class MADQNAgent: def __init__(self, state_size, action_size, num_agents, seed): """初始化多智能体DQN的类 参数: state_size:每个智能体状态的维度 action_size:每个智能体动作的维度 num_agents:智能体的数量 seed:随机数生成器的种子 """ self.state_size = state_size self.action_size = action_size self.num_agents = num_agents self.seed = random.seed(seed) # 定义Q网络和target网络 self.qnetwork_local = QNetwork(state_size, action_size, seed).to(device) self.qnetwork_target = QNetwork(state_size, action_size, seed).to(device) self.optimizer = optim.Adam(self.qnetwork_local.parameters(), lr=LR) # 定义replay buffer self.memory = ReplayBuffer(action_size, BUFFER_SIZE, BATCH_SIZE, seed) # 定义时间步数 self.t_step = 0 def step(self, state, action, reward, next_state, done): # 添加经验到replay buffer中 self.memory.add(state, action, reward, next_state, done) # 更新时间步数 self.t_step = (self.t_step + 1) % UPDATE_EVERY # 如果replay buffer中的样本数大于BATCH_SIZE,并且到了更新时间间隔,则进行学习 if len(self.memory) > BATCH_SIZE and self.t_step == 0: experiences = self.memory.sample() self.learn(experiences, GAMMA) def act(self, state, eps=0.): # 选择动作 state = torch.from_numpy(state).float().to(device) self.qnetwork_local.eval() with torch.no_grad(): action_values = self.qnetwork_local(state) self.qnetwork_local.train() # 添加噪声 action_values = action_values.cpu().data.numpy() actions = np.zeros((self.num_agents, self.action_size)) for i in range(self.num_agents): actions[i] = np.argmax(action_values[i]) if random.random() < eps: actions[i] = random.choice(np.arange(self.action_size)) return actions def learn(self, experiences, gamma): states, actions, rewards, next_states, dones = experiences # 计算Q值 Q_targets_next = self.qnetwork_target(next_states).detach().max(1)[0].unsqueeze(1) Q_targets = rewards + (gamma * Q_targets_next * (1 - dones)) Q_expected = self.qnetwork_local(states).gather(1, actions) # 计算误差,并更新Q网络 loss = F.mse_loss(Q_expected, Q_targets) self.optimizer.zero_grad() loss.backward() self.optimizer.step() # 更新target网络 self.soft_update(self.qnetwork_local, self.qnetwork_target, TAU) def soft_update(self, local_model, target_model, tau): for target_param, local_param in zip(target_model.parameters(), local_model.parameters()): target_param.data.copy_(tau*local_param.data + (1.0-tau)*target_param.data) # 定义Q网络的类 class QNetwork(nn.Module): def __init__(self, state_size, action_size, seed): """初始化Q网络的类 参数: state_size:状态的维度 action_size:动作的维度 seed:随机数生成器的种子 """ super(QNetwork, self).__init__() self.seed = torch.manual_seed(seed) self.fc1 = nn.Linear(state_size, 64) self.fc2 = nn.Linear(64, 64) self.fc3 = nn.Linear(64, action_size) def forward(self, state): """前向传播 参数: state:状态 返回: 给定状态下的Q值 """ x = F.relu(self.fc1(state)) x = F.relu(self.fc2(x)) return self.fc3(x) # 定义replay buffer的类 class ReplayBuffer: def __init__(self, action_size, buffer_size, batch_size, seed): """初始化replay buffer的类 参数: action_size:动作的维度 buffer_size:replay buffer的大小 batch_size:mini-batch的大小 seed:随机数生成器的种子 """ self.action_size = action_size self.memory = deque(maxlen=buffer_size) self.batch_size = batch_size self.experience = namedtuple("Experience", field_names=["state", "action", "reward", "next_state", "done"]) self.seed = random.seed(seed) def add(self, state, action, reward, next_state, done): """添加经验到replay buffer中""" e = self.experience(state, action, reward, next_state, done) self.memory.append(e) def sample(self): """从replay buffer中随机采样""" experiences = random.sample(self.memory, k=self.batch_size) # 将经验转换为tensor states = torch.from_numpy(np.vstack([e.state for e in experiences if e is not None])).float().to(device) actions = torch.from_numpy(np.vstack([e.action for e in experiences if e is not None])).long().to(device) rewards = torch.from_numpy(np.vstack([e.reward for e in experiences if e is not None])).float().to(device) next_states = torch.from_numpy(np.vstack([e.next_state for e in experiences if e is not None])).float().to(device) dones = torch.from_numpy(np.vstack([e.done for e in experiences if e is not None]).astype(np.uint8)).float().to(device) return (states, actions, rewards, next_states, dones) def __len__(self): """返回replay buffer中的样本数""" return len(self.memory) ``` 注意:这是多智能体DQN的代码,与普通DQN的代码略有不同。需要构建多个智能体的Q网络,并且在学习时需要对每个智能体的经验进行采样和更新。

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