DQN算法对Atari训练代码

时间: 2023-12-26 12:06:09 浏览: 31
DQN算法对Atari训练的代码如下: ```python import gym import numpy as np import tensorflow as tf env = gym.make('SpaceInvaders-v0') state_size = env.observation_space.shape action_size = env.action_space.n # Hyperparameters learning_rate = 0.001 memory_size = 1000000 batch_size = 32 gamma = 0.99 epsilon = 1.0 epsilon_min = 0.01 epsilon_decay = 0.995 target_update_frequency = 10000 num_episodes = 10000 max_steps = 5000 # Replay Memory memory = [] # Q-Network class QNetwork: def __init__(self, state_size, action_size, learning_rate): self.state_size = state_size self.action_size = action_size self.learning_rate = learning_rate self.inputs = tf.placeholder(tf.float32, [None, *state_size]) self.actions = tf.placeholder(tf.float32, [None, action_size]) self.targets = tf.placeholder(tf.float32, [None]) conv1 = tf.layers.conv2d(inputs=self.inputs, filters=32, kernel_size=[8,8], strides=[4,4], padding="VALID", activation=tf.nn.relu) conv2 = tf.layers.conv2d(inputs=conv1, filters=64, kernel_size=[4,4], strides=[2,2], padding="VALID", activation=tf.nn.relu) conv3 = tf.layers.conv2d(inputs=conv2, filters=64, kernel_size=[3,3], strides=[1,1], padding="VALID", activation=tf.nn.relu) flatten = tf.layers.flatten(conv3) fc1 = tf.layers.dense(inputs=flatten, units=512, activation=tf.nn.relu) self.output = tf.layers.dense(inputs=fc1, units=action_size) self.loss = tf.reduce_mean(tf.square(self.targets - tf.reduce_sum(tf.multiply(self.output, self.actions), axis=1))) self.optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate=self.learning_rate).minimize(self.loss) # DQN Agent class DQNAgent: def __init__(self, state_size, action_size, learning_rate, memory_size, batch_size, gamma, epsilon, epsilon_min, epsilon_decay, target_update_frequency): self.state_size = state_size self.action_size = action_size self.learning_rate = learning_rate self.memory_size = memory_size self.batch_size = batch_size self.gamma = gamma self.epsilon = epsilon self.epsilon_min = epsilon_min self.epsilon_decay = epsilon_decay self.target_update_frequency = target_update_frequency self.q_network = QNetwork(state_size, action_size, learning_rate) self.target_network = QNetwork(state_size, action_size, learning_rate) self.replay_memory = [] self.timestep = 0 self.sess = tf.Session() self.sess.run(tf.global_variables_initializer()) def act(self, state): if np.random.rand() <= self.epsilon: return np.random.choice(self.action_size) q_values = self.sess.run(self.q_network.output, feed_dict={self.q_network.inputs: state.reshape(1, *self.state_size)}) return np.argmax(q_values[0]) def remember(self, state, action, reward, next_state, done): self.replay_memory.append((state, action, reward, next_state, done)) if len(self.replay_memory) > self.memory_size: self.replay_memory.pop(0) def replay(self): if len(self.replay_memory) < self.batch_size: return samples = np.random.choice(self.replay_memory, self.batch_size) states, actions, rewards, next_states, dones = map(np.array, zip(*samples)) targets = rewards + self.gamma * (np.amax(self.target_network.output.eval(feed_dict={self.target_network.inputs: next_states}), axis=1)) * (1 - dones) targets_full = self.q_network.output.eval(feed_dict={self.q_network.inputs: states}) targets_full[np.arange(self.batch_size), actions] = targets self.q_network.optimizer.run(feed_dict={self.q_network.inputs: states, self.q_network.actions: np.eye(self.action_size)[actions], self.q_network.targets: targets_full}) if self.timestep % self.target_update_frequency == 0: self.target_network = self.q_network self.timestep += 1 def train(self, num_episodes, max_steps): for i in range(num_episodes): state = env.reset() done = False total_reward = 0 for j in range(max_steps): action = self.act(state) next_state, reward, done, _ = env.step(action) self.remember(state, action, reward, next_state, done) state = next_state total_reward += reward self.replay() if done: break if self.epsilon > self.epsilon_min: self.epsilon *= self.epsilon_decay print("Episode: {}, Reward: {}".format(i, total_reward)) agent = DQNAgent(state_size, action_size, learning_rate, memory_size, batch_size, gamma, epsilon, epsilon_min, epsilon_decay, target_update_frequency) agent.train(num_episodes, max_steps) ``` 这个代码实现了DQN算法,使用TensorFlow实现了Q-Network和Target-Network。在每个episode中,循环执行以下步骤: 1. 根据当前状态选择一个动作。 2. 执行所选动作并观察下一个状态和奖励。 3. 将当前状态、所选动作、奖励、下一个状态、以及是否终止的标志存储到replay memory中。 4. 从replay memory中随机选择一批经验进行训练,更新Q-Network的参数。 5. 如果需要,更新Target-Network的参数。 6. 如果达到终止条件,则结束循环。 在训练过程中,epsilon值会逐渐减小,从而使得智能体在开始阶段更多的进行探索,然后逐渐转向利用已有知识。同时,也会定期更新Target-Network的参数,以提高算法的稳定性。

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好的,根据上面的目标函数,我们可以推导出其对应的梯度向量函数,如下所示: def gradient(x, y, beta): """ Compute gradient of the logistic regression loss function :param beta: model parameter vector :param x: feature matrix :param y: label vector :return: gradient vector """ n = x.shape[0] pred = 1 /
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