基于DeepLearning4j框架, 根据已有的三位坐标点组成的路径训练Deep Q-Network (DQN)模型, 然后给出起止点的坐标,自动生成路径点坐标, 给出实现代码

时间: 2024-03-27 12:41:06 浏览: 23
以下是基于DeepLearning4j框架实现DQN模型的示例代码,用于自动生成路径点坐标: ```java import org.deeplearning4j.datasets.iterator.impl.ListDataSetIterator; import org.deeplearning4j.nn.conf.ComputationGraphConfiguration; import org.deeplearning4j.nn.conf.graph.MergeVertex; import org.deeplearning4j.nn.conf.graph.rnn.LastTimeStepVertex; import org.deeplearning4j.nn.conf.inputs.InputType; import org.deeplearning4j.nn.conf.layers.*; import org.deeplearning4j.nn.conf.preprocessor.FeedForwardToRnnPreProcessor; import org.deeplearning4j.nn.conf.preprocessor.RnnToFeedForwardPreProcessor; import org.deeplearning4j.nn.graph.ComputationGraph; import org.deeplearning4j.nn.weights.WeightInit; import org.deeplearning4j.optimize.listeners.ScoreIterationListener; import org.nd4j.linalg.activations.Activation; import org.nd4j.linalg.dataset.api.iterator.DataSetIterator; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.Normalizer; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.NormalizerMinMaxScaler; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.serializer.NormalizerSerializer; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.serializer.NormalizerType; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.stats.MinMaxStats; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.stats.NormalizerStats; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.stats.NormalizerStats.Builder; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.stats.StandardDeviation; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.stats.StandardDeviationStats; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.stats.Sum; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.stats.SumStats; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.stats.Variance; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.stats.VarianceStats; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.serializer.NormalizerSerializerStrategy; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.serializer.NormalizerTypeSerializer; import org.nd4j.linalg.dataset.api.preprocessor.serializer.NormalizerTypeSerializerStrategy; import org.nd4j.linalg.factory.Nd4j; import org.nd4j.linalg.learning.config.Nesterovs; import org.nd4j.linalg.lossfunctions.LossFunctions; import java.io.File; import java.io.IOException; import java.util.ArrayList; import java.util.Arrays; import java.util.Collections; import java.util.List; public class DQNPathGenerator { private static final int SEED = 123; private static final int BATCH_SIZE = 32; private static final int EPOCHS = 100; private static final int NUM_HIDDEN_NODES = 128; private static final double LEARNING_RATE = 0.001; private static final double L2_REGULARIZATION = 0.0001; private static final int[] OBSERVATION_SHAPE = {3}; // 3D coordinates private static final int NUM_ACTIONS = 10; // number of points to generate in the path private static final double MAX_X = 100.0; // maximum value of x coordinate private static final double MAX_Y = 100.0; // maximum value of y coordinate private static final double MAX_Z = 100.0; // maximum value of z coordinate private static final String NORMALIZER_FILENAME = "path_normalizer.bin"; public static void main(String[] args) throws IOException { // Generate training dataset List<double[]> observations = generateObservations(); List<double[]> actions = generateActions(); // Normalize dataset Normalizer normalizer = new NormalizerMinMaxScaler(); normalizer.fit(new ListDataSetIterator(new ListDataSetIterator( new ListDataSetIterator(observations, actions).next(), BATCH_SIZE).next())); normalizer.save(new File(NORMALIZER_FILENAME)); // Build DQN model ComputationGraphConfiguration config = new ComputationGraphConfiguration.Builder() .seed(SEED) .updater(new Nesterovs(LEARNING_RATE, Nesterovs.DEFAULT_NESTEROV_MOMENTUM)) .weightInit(WeightInit.XAVIER) .l2(L2_REGULARIZATION) .graphBuilder() .addInputs("input") .setInputTypes(InputType.feedForward(OBSERVATION_SHAPE[0])) .addLayer("dense1", new DenseLayer.Builder().nIn(OBSERVATION_SHAPE[0]).nOut(NUM_HIDDEN_NODES) .activation(Activation.RELU).build(), "input") .addLayer("dense2", new DenseLayer.Builder().nIn(NUM_HIDDEN_NODES).nOut(NUM_HIDDEN_NODES) .activation(Activation.RELU).build(), "dense1") .addLayer("output", new OutputLayer.Builder(LossFunctions.LossFunction.MSE).nIn(NUM_HIDDEN_NODES) .nOut(NUM_ACTIONS).activation(Activation.IDENTITY).build(), "dense2") .setOutputs("output") .build(); ComputationGraph model = new ComputationGraph(config); model.init(); model.setListeners(new ScoreIterationListener(10)); // Train model DataSetIterator iter = new ListDataSetIterator(new ListDataSetIterator(observations, actions).next(), BATCH_SIZE); normalizer.fit(iter); iter.reset(); for (int i = 0; i < EPOCHS; i++) { model.fit(iter); iter.reset(); } // Generate path double[] start = {0.0, 0.0, 0.0}; // starting point coordinates double[] end = {MAX_X, MAX_Y, MAX_Z}; // ending point coordinates double[] state = Arrays.copyOf(start, start.length); List<double[]> path = new ArrayList<>(); path.add(state); while (path.size() < NUM_ACTIONS) { // Normalize state normalizer.transform(Nd4j.create(state)); // Predict next action double[] qValues = model.outputSingle(Nd4j.create(state)); int action = Nd4j.argMax(Nd4j.create(qValues)).getInt(0); // Generate next state double[] nextState = Arrays.copyOf(state, state.length); nextState[action % 3] += (action / 3 + 1) * MAX_X / NUM_ACTIONS; path.add(nextState.clone()); // Update current state state = nextState; } System.out.println("Generated path:"); for (double[] point : path) { System.out.println(Arrays.toString(point)); } } private static List<double[]> generateObservations() { List<double[]> observations = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < NUM_ACTIONS - 1; i++) { double[] observation = {Math.random() * MAX_X, Math.random() * MAX_Y, Math.random() * MAX_Z}; observations.add(observation); } return observations; } private static List<double[]> generateActions() { List<double[]> actions = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < NUM_ACTIONS; i++) { double[] action = new double[NUM_ACTIONS]; action[i] = 1.0; actions.add(action); } return actions; } } ``` 该代码首先生成了包含三维坐标点的观测数据和目标动作数据,然后将这些数据归一化,并构建了一个包含两个密集层和一个输出层的DQN模型。在训练模型之后,该代码使用模型预测从起点到终点的路径,生成包含一系列三维坐标点的路径数据。 最后,需要注意的是,该代码中使用的归一化器是MinMaxScaler,它将数据缩放到指定的最小值和最大值之间。如果需要使用其他类型的归一化器,请根据具体情况进行更改。

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