请给我写一段基于tensorflow2.0的PPO算法演示

时间: 2023-08-31 10:33:48 浏览: 161
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一个简单的PPO算法的实现

### 回答1: 根据tensorflow2.0实现的PPO算法,代码如下:```python import tensorflow as tf import numpy as np# 设置参数 num_episodes = 1000 # 运行次数 lr_rate = 0.0005 gamma = 0.99 epsilon = 0.2# 建立PPO算法 class PPO: def __init__(self, state_size, action_size): self.state_size = state_size self.action_size = action_size self.lr_rate = lr_rate self.gamma = gamma self.epsilon = epsilon self.states = tf.placeholder(shape=[None, self.state_size], dtype=tf.float32) self.actions = tf.placeholder(shape=[None, self.action_size], dtype=tf.float32) self.deltas = tf.placeholder(shape=[None, ], dtype=tf.float32) # 建立策略网络 self.pi, self.pi_params = self.build_policy_network(self.states, self.action_size) # 建立价值网络 self.v, self.v_params = self.build_value_network(self.states) # 建立目标网络 self.new_pi, self.new_pi_params = self.build_policy_network(self.states, self.action_size) self.new_v, self.new_v_params = self.build_value_network(self.states) # 建立损失函数 self.pi_loss = self.build_policy_loss(self.pi, self.new_pi, self.actions, self.deltas) self.v_loss = self.build_value_loss(self.v, self.new_v, self.deltas) # 建立更新函数 self.update_pi = self.build_update_policy(self.pi_params, self.new_pi_params) self.update_v = self.build_update_value(self.v_params, self.new_v_params) # 建立策略网络 def build_policy_network(self, states, action_size): # 建立输入层 inputs = tf.layers.dense(states, 256, activation=tf.nn.relu, name="inputs") # 建立隐藏层 hidden = tf.layers.dense(inputs, 64, activation=tf.nn.relu, name="hidden") # 建立输出层 outputs = tf.layers.dense(hidden, action_size, name="outputs") # 建立概率分布 probabilities = tf.nn.softmax(outputs) # 返回概率分布和网络参数 return probabilities, tf.trainable_variables() # 建立价值网络 def build_value_network(self, states): # 建立输入层 inputs = tf.layers.dense(states, 256, activation=tf.nn.relu, name="inputs") # 建立隐藏层 hidden = tf.layers.dense(inputs, 64, activation=tf.nn.relu, name="hidden") # 建立输出层 outputs = tf.layers.dense(hidden, 1, name="outputs") # 返回价值函数和网络参数 return tf.squeeze(outputs,axis=1), tf.trainable_variables() # 建立策略网络损失函数 def build_policy_loss(self, pi, new_pi, actions, deltas): # 建立概率分布 old_probability = pi.prob(actions) new_probability = new_pi.prob(actions) # 采样概率 ratio = new_probability/old_probability # 建立策略对抗损失函数 surr1 = ratio * deltas surr2 = tf.clip_by_value(ratio, 1-self.epsilon, 1+self.epsilon)*deltas # 返回损失函数 return -tf.reduce_mean(tf.minimum(surr1, surr2)) # 建立价值网络损失函数 def build_value_loss(self, v, new_v, deltas): # 建立价值函数损失函数 v_loss = tf.square(v - (deltas + self.gamma*new_v)) # 返回损失函数 return tf.reduce_mean(v_loss) # 建立策略网络更新函数 def build_update_policy(self, pi_params, new_pi_params): # 建立策略网络参数更新函数 update_ops = [] for p, new_p in zip(pi_params, new_pi_params): update_ops.append(tf.assign(new_p, p)) # 返回更新函数 return update_ops # 建立价值网络更新函数 def build_update_value(self, v_params, new_v_params): # 建立价值网络参数更新函数 update_ops = [] for p, new_p in zip(v_params, new_v_params): update_ops.append(tf.assign(new_p, p)) # 返回更新函数 return update_ops ``` ### 回答2: PPO(Proximal Policy Optimization)算法是一种用于强化学习任务的优化算法,基于策略梯度方法。下面是一个基于TensorFlow 2.0的简单PPO算法的演示示例: 首先,我们需要导入必要的库和模块: ``` import tensorflow as tf import gym import numpy as np ``` 然后,我们定义一个Actor模型来表示策略网络: ``` class Actor(tf.keras.Model): def __init__(self, num_actions): super(Actor, self).__init__() self.hidden_layer = tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu') self.output_layer = tf.keras.layers.Dense(num_actions, activation='softmax') def call(self, inputs): x = self.hidden_layer(inputs) return self.output_layer(x) ``` 接下来,我们定义一个Critic模型来估计策略的价值函数: ``` class Critic(tf.keras.Model): def __init__(self): super(Critic, self).__init__() self.hidden_layer = tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu') self.output_layer = tf.keras.layers.Dense(1) def call(self, inputs): x = self.hidden_layer(inputs) return self.output_layer(x) ``` 然后,我们创建一个环境实例: ``` env = gym.make('CartPole-v1') state_dim = env.observation_space.shape[0] num_actions = env.action_space.n ``` 接下来,我们初始化Actor和Critic模型,以及优化器: ``` actor = Actor(num_actions) critic = Critic() actor_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam() critic_optimizer = tf.keras.optimizers.Adam() ``` 然后,我们进行PPO算法的训练,首先采集一些样本: ``` def collect_samples(num_samples): states = [] actions = [] rewards = [] next_states = [] dones = [] state = env.reset() for _ in range(num_samples): state = np.float32(state) states.append(state) action_probs = actor(np.expand_dims(state, 0)).numpy()[0] action = np.random.choice(np.arange(num_actions), p=action_probs) actions.append(action) next_state, reward, done, _ = env.step(action) next_states.append(np.float32(next_state)) rewards.append(reward) dones.append(done) state = next_state return states, actions, rewards, next_states, dones states, actions, rewards, next_states, dones = collect_samples(1000) ``` 接下来,我们使用这些采集到的样本进行训练: ``` def train(states, actions, rewards, next_states, dones, num_epochs): for epoch in range(num_epochs): with tf.GradientTape() as tape: state_values = critic(tf.convert_to_tensor(states)) next_state_values = critic(tf.convert_to_tensor(next_states)) deltas = rewards + (1 - dones) * 0.99 * next_state_values - state_values delta_clipped = tf.where(deltas > 0.1, 0.1 * deltas, deltas) advantages = deltas + delta_clipped action_probs = actor(tf.convert_to_tensor(states)) selected_action_probs = tf.reduce_sum(tf.one_hot(actions, num_actions) * action_probs, axis=1) ratio = selected_action_probs / tf.convert_to_tensor(actions) surrogate1 = ratio * advantages surrogate2 = tf.clip_by_value(ratio, 1 - 0.2, 1 + 0.2) * advantages actor_loss = -tf.reduce_mean(tf.minimum(surrogate1, surrogate2)) critic_loss = tf.reduce_mean(tf.square(deltas)) actor_gradients = tape.gradient(actor_loss, actor.trainable_variables) critic_gradients = tape.gradient(critic_loss, critic.trainable_variables) actor_optimizer.apply_gradients(zip(actor_gradients, actor.trainable_variables)) critic_optimizer.apply_gradients(zip(critic_gradients, critic.trainable_variables)) ``` 最后,我们运行训练过程: ``` train(states, actions, rewards, next_states, dones, num_epochs=10) ``` 这是一个基于TensorFlow 2.0的简单PPO算法的演示示例。你可以根据需要进行修改和扩展,例如调整模型结构、优化算法参数或训练的迭代次数,以适应特定的强化学习任务。 ### 回答3: PPO(Proximal Policy Optimization,近端策略优化)是一种流行的强化学习算法,它以TensorFlow 2.0为基础实现。下面是一个基于TensorFlow 2.0的PPO算法演示: 首先,导入所需的库,包括tensorflow、gym等: import tensorflow as tf import gym 接下来,定义一个Actor-Critic模型,用于参数估计和策略生成: class ActorCritic(tf.keras.Model): def __init__(self, state_size, action_size): super(ActorCritic, self).__init__() self.dense1 = tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu') self.policy = tf.keras.layers.Dense(action_size, activation='softmax') self.value = tf.keras.layers.Dense(1) def call(self, state): x = self.dense1(state) return self.policy(x), self.value(x) 然后,定义PPO算法的核心逻辑,包括采样、计算优势函数、计算目标函数等: def ppo_loss(old_probs, advantages, values, actions, epsilon, clip_ratio): ratios = tf.exp(tf.math.log(old_probs) - tf.math.log(actions)) surr1 = ratios * advantages surr2 = tf.clip_by_value(ratios, 1.0 - clip_ratio, 1.0 + clip_ratio) * advantages actor_loss = -tf.reduce_mean(tf.minimum(surr1, surr2)) critic_loss = tf.reduce_mean(tf.square(values - advantages)) total_loss = actor_loss + 0.5 * critic_loss return total_loss 接下来,定义PPO算法的训练过程: def ppo_train(env_name, num_episodes, num_steps, gamma, epsilon, clip_ratio): env = gym.make(env_name) model = ActorCritic(env.observation_space.shape[0], env.action_space.n) optimizer = tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=0.001) for episode in range(num_episodes): state = env.reset() state = tf.convert_to_tensor(state, dtype=tf.float32) episode_reward = 0 for step in range(num_steps): with tf.GradientTape() as tape: probs, value = model(state) action = tf.random.categorical(tf.math.log(probs), 1) next_state, reward, done, _ = env.step(action.numpy()[0][0]) next_state = tf.convert_to_tensor(next_state, dtype=tf.float32) episode_reward += reward _, next_value = model(next_state) td_target = reward + gamma * next_value * (1 - int(done)) advantage = td_target - value old_probs = tf.math.log(tf.reduce_sum(tf.multiply(probs, action), axis=1)) loss = ppo_loss(old_probs, advantage, value, probs, epsilon, clip_ratio) grads = tape.gradient(loss, model.trainable_variables) optimizer.apply_gradients(zip(grads, model.trainable_variables)) state = next_state if done: break print(f"Episode: {episode}, Reward: {episode_reward}") 最后,我们可以调用ppo_train函数进行PPO算法的训练: ppo_train('CartPole-v1', 500, 200, 0.99, 0.2, 0.2) 上述代码演示了如何使用TensorFlow 2.0构建基于PPO算法的强化学习模型,并在CartPole环境上进行训练。你可以根据自己的需求修改参数或使用其他环境进行训练。
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