ddpg实现cartpolo的pytorch代码

时间: 2024-04-30 16:21:52 浏览: 294
下面是使用PyTorch实现DDPG算法在CartPole上的代码示例: ```python import gym import numpy as np import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torch.nn.functional as F # DDPG Actor网络 class Actor(nn.Module): def __init__(self, state_dim, action_dim, max_action): super(Actor, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(state_dim, 400) self.fc2 = nn.Linear(400, 300) self.fc3 = nn.Linear(300, action_dim) self.max_action = max_action def forward(self, state): x = F.relu(self.fc1(state)) x = F.relu(self.fc2(x)) x = self.max_action * torch.tanh(self.fc3(x)) return x # DDPG 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, 400) self.fc2 = nn.Linear(400, 300) self.fc3 = nn.Linear(300, 1) def forward(self, state, action): x = torch.cat([state, action], 1) x = F.relu(self.fc1(x)) x = F.relu(self.fc2(x)) x = self.fc3(x) return x # DDPG算法 class DDPG: def __init__(self, state_dim, action_dim, max_action): self.actor = Actor(state_dim, action_dim, max_action).to(device) self.actor_target = Actor(state_dim, action_dim, max_action).to(device) self.actor_target.load_state_dict(self.actor.state_dict()) self.actor_optimizer = optim.Adam(self.actor.parameters(), lr=1e-4) self.critic = Critic(state_dim, action_dim).to(device) self.critic_target = Critic(state_dim, action_dim).to(device) self.critic_target.load_state_dict(self.critic.state_dict()) self.critic_optimizer = optim.Adam(self.critic.parameters(), lr=1e-3) self.memory = ReplayBuffer(1000000, state_dim, action_dim) self.batch_size = 128 self.gamma = 0.99 self.tau = 0.001 def select_action(self, state): state = torch.FloatTensor(state.reshape(1, -1)).to(device) return self.actor(state).cpu().data.numpy().flatten() def train(self): if len(self.memory) < self.batch_size: return state, action, next_state, reward, done = self.memory.sample(self.batch_size) state = torch.FloatTensor(state).to(device) action = torch.FloatTensor(action).to(device) next_state = torch.FloatTensor(next_state).to(device) reward = torch.FloatTensor(reward).to(device) done = torch.FloatTensor(1 - done).to(device) # 计算actor的loss actor_loss = -self.critic(state, self.actor(state)).mean() # 计算critic的loss next_action = self.actor_target(next_state) target_Q = self.critic_target(next_state, next_action) target_Q = reward + (done * self.gamma * target_Q).detach() current_Q = self.critic(state, action) critic_loss = F.mse_loss(current_Q, target_Q) # 更新Actor和Critic网络的参数 self.actor_optimizer.zero_grad() actor_loss.backward() self.actor_optimizer.step() self.critic_optimizer.zero_grad() critic_loss.backward() self.critic_optimizer.step() # 更新Actor和Critic的目标网络参数 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) def save(self, filename): torch.save(self.actor.state_dict(), filename + "_actor") torch.save(self.critic.state_dict(), filename + "_critic") def load(self, filename): self.actor.load_state_dict(torch.load(filename + "_actor")) self.critic.load_state_dict(torch.load(filename + "_critic")) # 经验回放缓存区 class ReplayBuffer: def __init__(self, max_size, state_dim, action_dim): self.max_size = max_size self.ptr = 0 self.size = 0 self.state = np.zeros((max_size, state_dim)) self.action = np.zeros((max_size, action_dim)) self.next_state = np.zeros((max_size, state_dim)) self.reward = np.zeros((max_size, 1)) self.done = np.zeros((max_size, 1)) def add(self, state, action, next_state, reward, done): self.state[self.ptr] = state self.action[self.ptr] = action self.next_state[self.ptr] = next_state self.reward[self.ptr] = reward self.done[self.ptr] = done self.ptr = (self.ptr + 1) % self.max_size self.size = min(self.size + 1, self.max_size) def sample(self, batch_size): idx = np.random.randint(0, self.size, size=batch_size) return ( self.state[idx], self.action[idx], self.next_state[idx], self.reward[idx], self.done[idx] ) # 使用CartPole环境进行DDPG算法训练 if __name__ == "__main__": env = gym.make("CartPole-v1") state_dim = env.observation_space.shape[0] action_dim = env.action_space.shape[0] max_action = float(env.action_space.high[0]) device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") ddpg = DDPG(state_dim, action_dim, max_action) total_timesteps = 0 timesteps_since_eval = 0 episode_num = 0 done = True while total_timesteps < 1000000: if done: if total_timesteps != 0: print("Total Timesteps: {} Episode Num: {} Reward: {}".format(total_timesteps, episode_num, episode_reward)) ddpg.train() obs = env.reset() done = False episode_reward = 0 episode_timesteps = 0 episode_num += 1 if total_timesteps < 10000: action = env.action_space.sample() else: action = ddpg.select_action(np.array(obs)) action = np.clip(action, -max_action, max_action) new_obs, reward, done, _ = env.step(action) episode_reward += reward ddpg.memory.add(obs, action, new_obs, reward, done) obs = new_obs total_timesteps += 1 episode_timesteps += 1 timesteps_since_eval += 1 if total_timesteps % 10000 == 0: ddpg.save("ddpg") if timesteps_since_eval >= 5000: timesteps_since_eval %= 5000 eval_reward = eval_policy(ddpg) print("Timestep: {} Eval reward: {}".format(total_timesteps, eval_reward)) ``` 其中,`Actor`和`Critic`分别为Actor网络和Critic网络的实现,`DDPG`为DDPG算法的实现,`ReplayBuffer`为经验回放缓存区的实现。 在使用CartPole环境进行训练时,可以通过调整参数来获得更好的结果。例如,可以通过调整`batch_size`、`gamma`和`tau`等参数来改进DDPG算法的性能。
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