基于pytorch的sac连续空间的算法,并输出每个网络训练模型pth文件的代码。要求给出例程分段展示这个算法,并对该算法进行解释

时间: 2024-05-16 11:12:56 浏览: 150
好的,让我们来介绍SAC算法,它是一种用于解决连续控制问题的深度强化学习算法,它的全称是Soft Actor-Critic。 SAC算法的核心思想是在原来的Actor-Critic算法的基础上,加入了熵的概念,通过控制策略分布的熵来达到探索和稳定性的平衡。具体来说,SAC算法通过最小化策略熵和Q值的误差来进行优化,同时使用一个目标网络来减少Q值的估计误差。 下面是基于PyTorch的SAC算法的训练代码,其中包括了网络的定义和训练过程中的优化器和损失函数的定义。该代码使用了Gym环境来进行测试。 ```python import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F import torch.optim as optim import gym class QNet(nn.Module): def __init__(self, state_dim, action_dim): super(QNet, 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): x = torch.cat([state, action], dim=1) x = F.relu(self.fc1(x)) x = F.relu(self.fc2(x)) x = self.fc3(x) return x class PolicyNet(nn.Module): def __init__(self, state_dim, action_dim, action_range): super(PolicyNet, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(state_dim, 256) self.fc2 = nn.Linear(256, 256) self.mean_fc = nn.Linear(256, action_dim) self.log_std_fc = nn.Linear(256, action_dim) self.action_range = action_range def forward(self, state): x = F.relu(self.fc1(state)) x = F.relu(self.fc2(x)) mean = self.mean_fc(x) log_std = self.log_std_fc(x) log_std = torch.clamp(log_std, min=-20, max=2) std = torch.exp(log_std) return mean, std def sample(self, state): mean, std = self.forward(state) normal = torch.distributions.Normal(mean, std) x_t = normal.rsample() action = torch.tanh(x_t) * self.action_range log_prob = normal.log_prob(x_t) log_prob -= torch.log(1 - action.pow(2) + 1e-6) log_prob = log_prob.sum(1, keepdim=True) return action, log_prob, x_t, mean, std class SAC: def __init__(self, state_dim, action_dim, action_range): self.device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu") self.q1_net = QNet(state_dim, action_dim).to(self.device) self.q2_net = QNet(state_dim, action_dim).to(self.device) self.target_q1_net = QNet(state_dim, action_dim).to(self.device) self.target_q2_net = QNet(state_dim, action_dim).to(self.device) self.policy_net = PolicyNet(state_dim, action_dim, action_range).to(self.device) self.target_policy_net = PolicyNet(state_dim, action_dim, action_range).to(self.device) self.target_q1_net.load_state_dict(self.q1_net.state_dict()) self.target_q2_net.load_state_dict(self.q2_net.state_dict()) self.target_policy_net.load_state_dict(self.policy_net.state_dict()) self.q1_optimizer = optim.Adam(self.q1_net.parameters(), lr=3e-4) self.q2_optimizer = optim.Adam(self.q2_net.parameters(), lr=3e-4) self.policy_optimizer = optim.Adam(self.policy_net.parameters(), lr=3e-4) self.replay_buffer = [] self.replay_buffer_size = 1000000 self.batch_size = 256 self.discount = 0.99 self.tau = 0.005 self.alpha = 0.2 self.action_range = action_range self.total_steps = 0 def get_action(self, state): state = torch.FloatTensor(state).unsqueeze(0).to(self.device) action, _, _, _, _ = self.policy_net.sample(state) return action.cpu().detach().numpy()[0] def save_model(self, save_path): torch.save(self.q1_net.state_dict(), save_path + '_q1.pth') torch.save(self.q2_net.state_dict(), save_path + '_q2.pth') torch.save(self.policy_net.state_dict(), save_path + '_policy.pth') def load_model(self, save_path): self.q1_net.load_state_dict(torch.load(save_path + '_q1.pth')) self.q2_net.load_state_dict(torch.load(save_path + '_q2.pth')) self.policy_net.load_state_dict(torch.load(save_path + '_policy.pth')) def update(self): if len(self.replay_buffer) < self.batch_size: return self.total_steps += 1 batch = random.sample(self.replay_buffer, self.batch_size) state = torch.FloatTensor([e[0] for e in batch]).to(self.device) action = torch.FloatTensor([e[1] for e in batch]).to(self.device) next_state = torch.FloatTensor([e[2] for e in batch]).to(self.device) reward = torch.FloatTensor([e[3] for e in batch]).unsqueeze(1).to(self.device) mask = torch.FloatTensor([e[4] for e in batch]).unsqueeze(1).to(self.device) with torch.no_grad(): _, next_state_log_prob, _, _, _ = self.policy_net.sample(next_state) next_q_value = torch.min(self.target_q1_net(next_state, self.target_policy_net.sample(next_state)[0]), self.target_q2_net(next_state, self.target_policy_net.sample(next_state)[0])) next_q_value = next_q_value - self.alpha * next_state_log_prob expected_q_value = reward + mask * self.discount * next_q_value q1_value = self.q1_net(state, action) q2_value = self.q2_net(state, action) q1_loss = F.mse_loss(q1_value, expected_q_value) q2_loss = F.mse_loss(q2_value, expected_q_value) policy_action, log_prob, _, _, _ = self.policy_net.sample(state) q1_new = self.q1_net(state, policy_action) q2_new = self.q2_net(state, policy_action) policy_loss = ((self.alpha * log_prob) - torch.min(q1_new, q2_new)).mean() self.q1_optimizer.zero_grad() q1_loss.backward() self.q1_optimizer.step() self.q2_optimizer.zero_grad() q2_loss.backward() self.q2_optimizer.step() self.policy_optimizer.zero_grad() policy_loss.backward() self.policy_optimizer.step() for target_param, param in zip(self.target_q1_net.parameters(), self.q1_net.parameters()): target_param.data.copy_(self.tau * param.data + (1 - self.tau) * target_param.data) for target_param, param in zip(self.target_q2_net.parameters(), self.q2_net.parameters()): target_param.data.copy_(self.tau * param.data + (1 - self.tau) * target_param.data) for target_param, param in zip(self.target_policy_net.parameters(), self.policy_net.parameters()): target_param.data.copy_(self.tau * param.data + (1 - self.tau) * target_param.data) def train(self, env, max_steps): state = env.reset() episode_reward = 0 for step in range(max_steps): action = self.get_action(state) next_state, reward, done, info = env.step(action) mask = 0 if done else 1 self.replay_buffer.append((state, action, next_state, reward, mask)) if len(self.replay_buffer) > self.replay_buffer_size: self.replay_buffer.pop(0) episode_reward += reward state = next_state self.update() if done: state = env.reset() print("Episode reward:", episode_reward) episode_reward = 0 ``` 以上是SAC算法的训练代码,其中主要包括了两个神经网络模型,一个是Q网络,一个是策略网络。此外,还包括了优化器、损失函数、经验回放池和训练过程的相关参数。 最后,我们可以通过以下代码来训练并保存模型: ```python env = gym.make('Pendulum-v0') model = SAC(env.observation_space.shape[0], env.action_space.shape[0], env.action_space.high[0]) model.train(env, 100000) model.save_model('sac') ``` 以上代码中,我们使用了Gym库中的Pendulum环境来进行测试,并且使用模型训练了100000个步骤。训练完成后,我们可以使用`save_model`方法将训练好的模型保存到本地。
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