用python编写基于强化学习的pid调参算法的代码

时间: 2024-04-30 20:19:35 浏览: 13
下面是一个基于强化学习的PID调参算法的Python代码示例,使用了Deep Q-Learning算法: ```python import gym from gym import spaces import numpy as np class PIDEnv(gym.Env): metadata = {'render.modes': ['human']} def __init__(self): self.action_space = spaces.Box(low=np.array([-1]), high=np.array([1]), dtype=np.float32) self.observation_space = spaces.Box(low=np.array([0, 0, 0]), high=np.array([100, 100, 100]), dtype=np.float32) self.target = 50 self.current = 0 self.timestep = 0.01 self.max_timestep = 1000 self.state = np.array([self.current, 0, 0]) self.pid_params = [0, 0, 0] def step(self, action): self.current += action[0] error = self.target - self.current self.pid_params[0] += self.timestep * error self.pid_params[1] = error / self.timestep self.pid_params[2] = (error - self.state[1]) / self.timestep reward = -abs(error) self.state = np.array([self.current, error, self.pid_params[0]]) self.timestep += 1 done = self.timestep >= self.max_timestep return self.state, reward, done, {} def reset(self): self.current = 0 self.timestep = 0.01 self.pid_params = [0, 0, 0] self.state = np.array([self.current, 0, 0]) return self.state def render(self, mode='human'): print(f"Current: {self.current}, Error: {self.state[1]}, Integral: {self.pid_params[0]}") def close(self): pass class Agent: def __init__(self, env): self.env = env self.memory = [] self.gamma = 0.99 self.epsilon = 1.0 self.epsilon_min = 0.01 self.epsilon_decay = 0.995 self.batch_size = 32 self.learning_rate = 0.001 self.model = self.create_model() def create_model(self): model = Sequential() state_shape = self.env.observation_space.shape model.add(Dense(24, input_dim=state_shape[0], activation="relu")) model.add(Dense(24, activation="relu")) model.add(Dense(self.env.action_space.shape[0])) model.compile(loss="mean_squared_error", optimizer=Adam(lr=self.learning_rate)) return model def remember(self, state, action, reward, next_state, done): self.memory.append((state, action, reward, next_state, done)) def act(self, state): if np.random.rand() <= self.epsilon: return self.env.action_space.sample() return self.model.predict(state)[0] def replay(self): if len(self.memory) < self.batch_size: return samples = np.random.sample(self.memory, self.batch_size) for state, action, reward, next_state, done in samples: target = reward if not done: target = reward + self.gamma * np.amax(self.model.predict(next_state)[0]) target_f = self.model.predict(state) target_f[0][action] = target self.model.fit(state, target_f, epochs=1, verbose=0) if self.epsilon > self.epsilon_min: self.epsilon *= self.epsilon_decay def load(self, name): self.model.load_weights(name) def save(self, name): self.model.save_weights(name) if __name__ == '__main__': env = PIDEnv() agent = Agent(env) num_episodes = 1000 for e in range(num_episodes): state = env.reset() state = np.reshape(state, [1, env.observation_space.shape[0]]) for time in range(500): action = agent.act(state) next_state, reward, done, _ = env.step(action) next_state = np.reshape(next_state, [1, env.observation_space.shape[0]]) agent.remember(state, action, reward, next_state, done) state = next_state agent.replay() if done: print(f"episode: {e}/{num_episodes}, score: {time}, e: {agent.epsilon}") break ``` 在这个示例中,我们定义了一个PIDEnv类,它是一个OpenAI Gym环境,用于模拟一个带有PID控制器的系统。我们还定义了一个Agent类,它使用Deep Q-Learning算法来选择动作,并使用经验回放来训练模型。在主函数中,我们运行了1000个回合,并在每个回合中训练了代理。

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