用python实现UCT算法

时间: 2023-10-12 07:17:25 浏览: 52
好的,下面是一个简单的Python实现UCT算法的示例代码: ```python import math import random class Node: def __init__(self, state, parent=None): self.state = state self.parent = parent self.children = [] self.wins = 0 self.visits = 0 def is_leaf(self): return len(self.children) == 0 def is_fully_expanded(self): return all(child.visits > 0 for child in self.children) def add_child(self, child_state): child_node = Node(child_state, self) self.children.append(child_node) return child_node class UCT: def __init__(self, state, exploration_constant=1.4): self.root = Node(state) self.exploration_constant = exploration_constant def select(self): node = self.root while not node.is_leaf(): node = self._uct_select(node) return node def expand(self, node): untried_actions = [action for action in self._get_actions(node.state) if not any(child.state == action for child in node.children)] if untried_actions: action = random.choice(untried_actions) child_node = node.add_child(action) return child_node else: return None def simulate(self, state): while not self._is_terminal(state): action = random.choice(self._get_actions(state)) state = self._get_next_state(state, action) return self._get_reward(state) def backpropagate(self, node, reward): while node is not None: node.visits += 1 node.wins += reward node = node.parent def run(self, num_iterations): for i in range(num_iterations): node = self.select() child = self.expand(node) if child: reward = self.simulate(child.state) self.backpropagate(child, reward) else: reward = self.simulate(node.state) self.backpropagate(node, reward) best_child = None best_score = float('-inf') for child in self.root.children: score = child.wins / child.visits + self.exploration_constant * math.sqrt(2 * math.log(self.root.visits) / child.visits) if score > best_score: best_child = child best_score = score return best_child.state def _uct_select(self, node): best_child = None best_score = float('-inf') for child in node.children: score = child.wins / child.visits + self.exploration_constant * math.sqrt(2 * math.log(node.visits) / child.visits) if score > best_score: best_child = child best_score = score return best_child def _get_actions(self, state): # Return a list of possible actions from the given state pass def _get_next_state(self, state, action): # Return the next state given the current state and action pass def _get_reward(self, state): # Return the reward for the given state pass def _is_terminal(self, state): # Return True if the given state is a terminal state, False otherwise pass ``` 要使用这个算法,需要在 `UCT` 类中实现 `_get_actions`、`_get_next_state`、`_get_reward` 和 `_is_terminal` 方法。这些方法需要根据具体的问题实现。 例如,如果我们想使用 UCT 算法解决一个棋盘游戏,可以实现这些方法如下: ```python class Board: def __init__(self): self.board = [[0] * 3 for _ in range(3)] def is_valid_move(self, row, col): return self.board[row][col] == 0 def make_move(self, row, col, player): self.board[row][col] = player def is_win(self, player): for i in range(3): if self.board[i][0] == player and self.board[i][1] == player and self.board[i][2] == player: return True if self.board[0][i] == player and self.board[1][i] == player and self.board[2][i] == player: return True if self.board[0][0] == player and self.board[1][1] == player and self.board[2][2] == player: return True if self.board[0][2] == player and self.board[1][1] == player and self.board[2][0] == player: return True return False def is_full(self): return all(self.board[i][j] != 0 for i in range(3) for j in range(3)) class TicTacToeUCT(UCT): def __init__(self): super().__init__(Board()) def _get_actions(self, state): actions = [] for i in range(3): for j in range(3): if state.is_valid_move(i, j): actions.append((i, j)) return actions def _get_next_state(self, state, action): row, col = action player = 1 if state.is_full() or state.is_win(2) else 2 next_state = Board() next_state.board = [row[:] for row in state.board] next_state.make_move(row, col, player) return next_state def _get_reward(self, state): if state.is_win(1): return 1 elif state.is_win(2): return 0 else: return 0.5 def _is_terminal(self, state): return state.is_full() or state.is_win(1) or state.is_win(2) ``` 这个例子中,我们使用 UCT 算法解决井字棋游戏。对于 `_get_actions` 方法,我们返回一个包含所有空位置的列表。对于 `_get_next_state` 方法,我们先判断当前玩家是谁,然后创建一个新的棋盘状态,并在新状态上执行该动作。对于 `_get_reward` 方法,我们返回 1(玩家1赢)、0(玩家2赢)或0.5(平局)中的一个。对于 `_is_terminal` 方法,我们检查棋盘是否已满或某个玩家已经赢了。 使用这个算法的示例代码如下: ```python game = TicTacToeUCT() for i in range(10000): game.run(1) best_move = game.run(100) print(best_move) ``` 这个例子中,我们在 UCT 算法中运行 10000 次迭代,然后再运行 100 次迭代来选择下一步最佳动作。在这个例子中,UCT 算法将选择最有可能导致胜利的行动。

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