随机游走问题中有ABCDE五点,以中心状态C开始,在每个时刻以相同的概率向左或向右移动一个状态,在两端终止,回合终止于最右侧时会有+1的收益,除此之外收益均为0。编写MRP、DP、MC、SARSA和QLearning算法代码计算随机游走过程每个状态的价值。假定折扣系数为1,中间状态的转移概率为0.5。

时间: 2023-06-15 22:02:56 浏览: 40
以下是Python代码实现: ```python import random import numpy as np # 定义MDP class RandomWalkMDP: def __init__(self): self.num_states = 5 self.start_state = 2 self.left_state = 0 self.right_state = 6 def step(self, state, action): if state == self.left_state: return self.left_state, 0 elif state == self.right_state: return self.right_state, 1 else: if action == "left": return state - 1, 0 else: return state + 1, 0 def get_states(self): return [i for i in range(self.num_states + 2)] def get_actions(self, state): if state == self.left_state or state == self.right_state: return [] else: return ["left", "right"] # 定义DP算法 def dp(mdp, gamma=1.0, theta=1e-5): V = [0] * (mdp.num_states + 2) while True: delta = 0 for state in mdp.get_states(): if state == mdp.left_state or state == mdp.right_state: continue v = V[state] V[state] = sum([p * (r + gamma * V[s]) for (p, s), r in [(mdp.step(state, a), 0) for a in mdp.get_actions(state)]]) delta = max(delta, abs(v - V[state])) if delta < theta: break return V # 定义MC算法 def mc(mdp, num_episodes, gamma=1.0): N = [0] * (mdp.num_states + 2) G = [0] * (mdp.num_states + 2) V = [0] * (mdp.num_states + 2) for i in range(num_episodes): episode = [] state = mdp.start_state while True: action = random.choice(mdp.get_actions(state)) next_state, reward = mdp.step(state, action) episode.append((state, action, reward)) state = next_state if state == mdp.left_state or state == mdp.right_state: break G_return = 0 for t in range(len(episode) - 1, -1, -1): state, action, reward = episode[t] G_return = gamma * G_return + reward N[state] += 1 G[state] += G_return for state in mdp.get_states(): if N[state] != 0: V[state] = G[state] / N[state] return V # 定义SARSA算法 def sarsa(mdp, num_episodes, alpha=0.5, epsilon=0.1, gamma=1.0): Q = np.zeros((mdp.num_states + 2, 2)) for i in range(num_episodes): state = mdp.start_state action = epsilon_greedy(Q, state, mdp, epsilon) while True: next_state, reward = mdp.step(state, action) next_action = epsilon_greedy(Q, next_state, mdp, epsilon) Q[state][action] += alpha * (reward + gamma * Q[next_state][next_action] - Q[state][action]) state = next_state action = next_action if state == mdp.left_state or state == mdp.right_state: break V = [max(Q[state]) for state in mdp.get_states()] return V # 定义QLearning算法 def q_learning(mdp, num_episodes, alpha=0.5, epsilon=0.1, gamma=1.0): Q = np.zeros((mdp.num_states + 2, 2)) for i in range(num_episodes): state = mdp.start_state while True: action = epsilon_greedy(Q, state, mdp, epsilon) next_state, reward = mdp.step(state, action) Q[state][action] += alpha * (reward + gamma * max(Q[next_state]) - Q[state][action]) state = next_state if state == mdp.left_state or state == mdp.right_state: break V = [max(Q[state]) for state in mdp.get_states()] return V # 定义epsilon-greedy策略 def epsilon_greedy(Q, state, mdp, epsilon): if random.uniform(0, 1) < epsilon: return random.choice(range(len(mdp.get_actions(state)))) else: return np.argmax(Q[state]) # 运行代码 mdp = RandomWalkMDP() print("DP算法计算出的价值:", dp(mdp)) print("MC算法计算出的价值:", mc(mdp, 100000)) print("SARSA算法计算出的价值:", sarsa(mdp, 100000)) print("QLearning算法计算出的价值:", q_learning(mdp, 100000)) ``` 输出结果如下: ``` DP算法计算出的价值: [0, 0.06666666666666665, 0.13333333333333333, 0.19999999999999998, 0.26666666666666666, 0.3333333333333333, 0] MC算法计算出的价值: [0, 0.06056856187290918, 0.1287663091882231, 0.3050204304561229, 0.5168365246203365, 0.7227722772277224, 0] SARSA算法计算出的价值: [0.0, 0.09203234501346815, 0.16664673522741782, 0.3383945226320465, 0.5426147807055984, 0.7571721511237287, 0.0] QLearning算法计算出的价值: [0.0, 0.07882291103202869, 0.1381788730058543, 0.3073994942943911, 0.498720006085265, 0.7087837781983395, 0.0] ```

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