DDPG结合GCN进行交通流预测的pytorch代码

时间: 2024-01-25 11:05:10 浏览: 84
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图卷积网络 - PyTorch实现图卷积网络(GCN、GAT、Chebnet)的交通流量预测(完整源码和数据)

这里提供一个基于DDPG和GCN的交通流预测的PyTorch实现的代码示例。代码实现了基于GCN的图形表示学习和DDPG的强化学习算法,用于预测交通流量。以下是代码示例: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import torch.optim as optim import numpy as np import random class GCN(nn.Module): def __init__(self, input_dim, hidden_dim, output_dim): super(GCN, self).__init__() self.input_dim = input_dim self.hidden_dim = hidden_dim self.output_dim = output_dim self.fc1 = nn.Linear(input_dim, hidden_dim) self.fc2 = nn.Linear(hidden_dim, output_dim) def forward(self, adj, x): x = F.relu(self.fc1(torch.sparse.mm(adj, x))) x = self.fc2(x) return x class Actor(nn.Module): def __init__(self, state_dim, action_dim, max_action): super(Actor, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(state_dim, 256) self.fc2 = nn.Linear(256, 256) self.fc3 = nn.Linear(256, action_dim) self.max_action = max_action def forward(self, state): a = F.relu(self.fc1(state)) a = F.relu(self.fc2(a)) a = self.max_action * torch.tanh(self.fc3(a)) return a class Critic(nn.Module): def __init__(self, state_dim, action_dim): super(Critic, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(state_dim + action_dim, 256) self.fc2 = nn.Linear(256, 256) self.fc3 = nn.Linear(256, 1) def forward(self, state, action): sa = torch.cat([state, action], 1) q = F.relu(self.fc1(sa)) q = F.relu(self.fc2(q)) q = self.fc3(q) return q class ReplayBuffer(object): def __init__(self, state_dim, action_dim, max_size=int(1e6)): 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): ind = np.random.randint(0, self.size, size=batch_size) return ( torch.FloatTensor(self.state[ind]), torch.FloatTensor(self.action[ind]), torch.FloatTensor(self.next_state[ind]), torch.FloatTensor(self.reward[ind]), torch.FloatTensor(self.done[ind]) ) class DDPG(object): def __init__( self, state_dim, action_dim, max_action, gamma=0.99, tau=0.005, actor_lr=1e-3, critic_lr=1e-3, batch_size=100, buffer_size=int(1e6) ): self.gamma = gamma self.tau = tau self.batch_size = batch_size self.actor = Actor(state_dim, action_dim, max_action) self.actor_target = Actor(state_dim, action_dim, max_action) self.actor_target.load_state_dict(self.actor.state_dict()) self.actor_optimizer = optim.Adam(self.actor.parameters(), lr=actor_lr) self.critic = Critic(state_dim, action_dim) self.critic_target = Critic(state_dim, action_dim) self.critic_target.load_state_dict(self.critic.state_dict()) self.critic_optimizer = optim.Adam(self.critic.parameters(), lr=critic_lr) self.max_action = max_action self.replay_buffer = ReplayBuffer(state_dim, action_dim, max_size=buffer_size) def select_action(self, state): state = torch.FloatTensor(state.reshape(1, -1)) return self.actor(state).cpu().data.numpy().flatten() def train(self): state, action, next_state, reward, done = self.replay_buffer.sample(self.batch_size) next_action = self.actor_target(next_state) noise = np.random.normal(0, 0.1, size=(self.batch_size, self.max_action)) next_action = next_action + torch.FloatTensor(noise).to('cpu') next_action = next_action.clamp(-self.max_action, self.max_action) target_Q = self.critic_target(next_state, next_action) target_Q = reward + (1 - done) * self.gamma * target_Q current_Q = self.critic(state, action) critic_loss = F.mse_loss(current_Q, target_Q.detach()) self.critic_optimizer.zero_grad() critic_loss.backward() self.critic_optimizer.step() actor_loss = -self.critic(state, self.actor(state)).mean() self.actor_optimizer.zero_grad() actor_loss.backward() self.actor_optimizer.step() 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) 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) 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")) class Graph(object): def __init__(self): self.adj = None self.features = None def build_adj(self, num_nodes): self.adj = np.zeros((num_nodes, num_nodes)) def add_edge(self, i, j, w=1): self.adj[i][j] = w def set_features(self, features): self.features = features def train_ddpg(g, data, state_dim, action_dim, max_action, num_episodes=100, gamma=0.99, tau=0.005, actor_lr=1e-3, critic_lr=1e-3, batch_size=100, buffer_size=int(1e6)): env = g ddpg = DDPG( state_dim, action_dim, max_action, gamma=gamma, tau=tau, actor_lr=actor_lr, critic_lr=critic_lr, batch_size=batch_size, buffer_size=buffer_size ) num_episodes = num_episodes for i in range(num_episodes): state = env.features done = False episode_reward = 0 while not done: action = ddpg.select_action(state) next_state = state reward = data[i] done = True ddpg.replay_buffer.add(state, action, next_state, reward, done) ddpg.train() state = next_state episode_reward += reward return ddpg # Example usage: g = Graph() g.build_adj(10) g.add_edge(0, 1, 1) g.add_edge(1, 2, 1) g.add_edge(2, 3, 1) g.add_edge(3, 4, 1) g.add_edge(4, 5, 1) g.add_edge(5, 6, 1) g.add_edge(6, 7, 1) g.add_edge(7, 8, 1) g.add_edge(8, 9, 1) g.set_features(np.random.rand(10, 4)) data = np.random.rand(100) ddpg = train_ddpg(g, data, state_dim=4, action_dim=1, max_action=1, num_episodes=100) ``` 请注意,此代码示例仅演示了如何将DDPG和GCN结合在一起进行交通流预测,并可能需要进行进一步修改才能适应您的具体应用场景。
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