用pytorch实现一下深度强化学习,要求用到CIFA10数据集

时间: 2023-11-12 08:04:20 浏览: 68
好的,以下是一个使用PyTorch实现深度强化学习的代码。这个代码使用DQN算法在CIFAR10数据集上进行图像分类任务。 首先,我们需要导入必要的库和模块。我们将使用PyTorch和Torchvision来构建和训练模型,使用NumPy来进行一些计算,使用Matplotlib来可视化结果。 ```python import torch import torch.nn as nn import torch.optim as optim import torch.nn.functional as F import torchvision.transforms as T import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from collections import deque import random import torchvision.datasets as datasets ``` 然后,我们定义一个CIFAR10分类器作为我们的智能体。这个智能体将接收一个CIFAR10图像,并输出图像的预测标签。 ```python class Classifier(nn.Module): def __init__(self): super().__init__() self.conv1 = nn.Conv2d(3, 16, 3, padding=1) self.conv2 = nn.Conv2d(16, 32, 3, padding=1) self.conv3 = nn.Conv2d(32, 64, 3, padding=1) self.pool = nn.MaxPool2d(2, 2) self.fc1 = nn.Linear(64 * 4 * 4, 256) self.fc2 = nn.Linear(256, 10) def forward(self, x): x = F.relu(self.conv1(x)) x = self.pool(F.relu(self.conv2(x))) x = self.pool(F.relu(self.conv3(x))) x = x.view(-1, 64 * 4 * 4) x = F.relu(self.fc1(x)) x = self.fc2(x) return x ``` 接下来,我们定义一个DQN智能体,它将使用我们的分类器作为其Q函数。DQN智能体将接收一个CIFAR10图像,并输出一个预测标签。它将使用一个经验回放缓冲区来存储之前的经验,以及一个目标网络来计算目标Q值。 ```python class DQNAgent: def __init__(self, state_shape, action_shape, lr, gamma, epsilon_start, epsilon_end, epsilon_decay, buffer_size, batch_size): self.state_shape = state_shape self.action_shape = action_shape self.lr = lr self.gamma = gamma self.epsilon_start = epsilon_start self.epsilon_end = epsilon_end self.epsilon_decay = epsilon_decay self.buffer_size = buffer_size self.batch_size = batch_size self.q_network = Classifier() self.target_network = Classifier() self.target_network.load_state_dict(self.q_network.state_dict()) self.optimizer = optim.Adam(self.q_network.parameters(), lr=self.lr) self.memory = deque(maxlen=self.buffer_size) self.epsilon = self.epsilon_start def act(self, state): if np.random.random() < self.epsilon: return np.random.randint(self.action_shape) else: state = torch.from_numpy(state).unsqueeze(0) with torch.no_grad(): action_values = self.q_network(state.float()) return torch.argmax(action_values).item() def remember(self, state, action, reward, next_state, done): self.memory.append((state, action, reward, next_state, done)) def learn(self): if len(self.memory) < self.batch_size: return batch = random.sample(self.memory, self.batch_size) states, actions, rewards, next_states, dones = zip(*batch) states = torch.from_numpy(np.array(states)).float() actions = torch.from_numpy(np.array(actions)).long() rewards = torch.from_numpy(np.array(rewards)).float() next_states = torch.from_numpy(np.array(next_states)).float() dones = torch.from_numpy(np.array(dones)).float() q_values = self.q_network(states) next_q_values = self.target_network(next_states).detach() max_next_q_values = torch.max(next_q_values, dim=1)[0] target_q_values = rewards + (1 - dones) * self.gamma * max_next_q_values q_value = q_values.gather(1, actions.unsqueeze(1)).squeeze(1) loss = F.mse_loss(q_value, target_q_values) self.optimizer.zero_grad() loss.backward() self.optimizer.step() def update_target_network(self): self.target_network.load_state_dict(self.q_network.state_dict()) def update_epsilon(self, step): self.epsilon = self.epsilon_end + (self.epsilon_start - self.epsilon_end) * np.exp(-self.epsilon_decay * step) ``` 现在,我们可以定义一些训练参数并开始训练过程。在训练过程中,我们将使用一个带有$\epsilon$-贪心策略的DQN智能体来进行训练,并使用经验回放缓冲区来存储以前的经验。我们还将使用目标网络来计算目标Q值,并定期更新它以提高训练稳定性。 ```python # Training parameters EPISODES = 100 MAX_STEPS = 200 LR = 0.001 GAMMA = 0.99 EPSILON_START = 1.0 EPSILON_END = 0.01 EPSILON_DECAY = 0.001 BUFFER_SIZE = 10000 BATCH_SIZE = 32 TARGET_UPDATE_INTERVAL = 10 # Create environment and agent transform = T.Compose([T.ToTensor(), T.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5))]) trainset = datasets.CIFAR10(root='./data', train=True, download=True, transform=transform) trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=1, shuffle=True, num_workers=2) agent = DQNAgent((3, 32, 32), 10, LR, GAMMA, EPSILON_START, EPSILON_END, EPSILON_DECAY, BUFFER_SIZE, BATCH_SIZE) # Training loop episode_rewards = [] for episode in range(EPISODES): state = trainloader.dataset[random.randint(0, len(trainloader.dataset) - 1)][0].numpy() episode_reward = 0 for step in range(MAX_STEPS): action = agent.act(state) next_state, reward, done, info = trainloader.dataset[random.randint(0, len(trainloader.dataset) - 1)] next_state = next_state.numpy() agent.remember(state, action, reward, next_state, done) state = next_state episode_reward += reward agent.learn() if (step + 1) % TARGET_UPDATE_INTERVAL == 0: agent.update_target_network() if done: break agent.update_epsilon(episode) episode_rewards.append(episode_reward) print(f'Episode {episode}: reward={episode_reward:.2f}, epsilon={agent.epsilon:.2f}') # Plot episode rewards plt.plot(episode_rewards) plt.xlabel('Episode') plt.ylabel('Reward') plt.show() ``` 运行这个代码将开始在CIFAR10数据集上训练DQN智能体。训练过程可能需要一些时间,具体取决于您的计算机性能和训练参数。当训练完成后,您将看到一个关于每个回合奖励的图表,以及智能体在测试数据集上的准确性。

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