用python写一个DDPG算法案例并且注释

时间: 2024-03-15 19:45:18 浏览: 15
好的,这里给出一个使用Python实现DDPG算法的简单示例,并加上注释说明每个步骤的作用。 首先,我们需要导入需要的库,包括numpy、tensorflow等等: ```python import tensorflow as tf import numpy as np import gym from collections import deque import random ``` 然后,我们需要定义DDPG算法的参数和神经网络模型的结构。这里我们使用了一个简单的全连接神经网络: ```python # DDPG算法的参数 state_dim = 3 action_dim = 1 gamma = 0.99 tau = 0.01 buffer_size = 1000000 batch_size = 64 # 定义Actor神经网络 actor_inputs = tf.keras.layers.Input(shape=(state_dim,)) actor_layer1 = tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu')(actor_inputs) actor_layer2 = tf.keras.layers.Dense(32, activation='relu')(actor_layer1) actor_outputs = tf.keras.layers.Dense(action_dim, activation='tanh')(actor_layer2) actor_model = tf.keras.models.Model(inputs=actor_inputs, outputs=actor_outputs) # 定义Critic神经网络 critic_inputs = tf.keras.layers.Input(shape=(state_dim+action_dim,)) critic_layer1 = tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu')(critic_inputs) critic_layer2 = tf.keras.layers.Dense(32, activation='relu')(critic_layer1) critic_outputs = tf.keras.layers.Dense(1, activation=None)(critic_layer2) critic_model = tf.keras.models.Model(inputs=critic_inputs, outputs=critic_outputs) ``` 接下来,我们需要定义经验回放缓存区的类,用来存储agent的经验,并从中随机抽样进行训练: ```python # 定义经验回放缓存区类 class ReplayBuffer: def __init__(self, buffer_size): self.buffer = deque(maxlen=buffer_size) def add(self, state, action, reward, next_state, done): self.buffer.append((state, action, reward, next_state, done)) def sample(self, batch_size): states, actions, rewards, next_states, dones = [], [], [], [], [] batch = random.sample(self.buffer, batch_size) for experience in batch: state, action, reward, next_state, done = experience states.append(state) actions.append(action) rewards.append(reward) next_states.append(next_state) dones.append(done) return states, actions, rewards, next_states, dones ``` 然后,我们需要定义一个agent类,用来实现DDPG算法中的Actor和Critic的更新和训练: ```python # 定义agent类 class DDPGAgent: def __init__(self, state_dim, action_dim, buffer_size, batch_size, gamma, tau): self.state_dim = state_dim self.action_dim = action_dim self.buffer = ReplayBuffer(buffer_size) self.batch_size = batch_size self.gamma = gamma self.tau = tau # 定义Actor和Critic神经网络 self.actor_model = self.build_actor_model() self.target_actor_model = self.build_actor_model() self.critic_model = self.build_critic_model() self.target_critic_model = self.build_critic_model() # 初始化目标网络的权重和偏置 self.update_target_networks(tau=1) # 定义Actor神经网络 def build_actor_model(self): inputs = tf.keras.layers.Input(shape=(self.state_dim,)) layer1 = tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu')(inputs) layer2 = tf.keras.layers.Dense(32, activation='relu')(layer1) outputs = tf.keras.layers.Dense(self.action_dim, activation='tanh')(layer2) model = tf.keras.models.Model(inputs=inputs, outputs=outputs) return model # 定义Critic神经网络 def build_critic_model(self): inputs = tf.keras.layers.Input(shape=(self.state_dim+self.action_dim,)) layer1 = tf.keras.layers.Dense(64, activation='relu')(inputs) layer2 = tf.keras.layers.Dense(32, activation='relu')(layer1) outputs = tf.keras.layers.Dense(1, activation=None)(layer2) model = tf.keras.models.Model(inputs=inputs, outputs=outputs) return model # 更新目标网络的权重和偏置 def update_target_networks(self, tau): actor_weights = self.actor_model.get_weights() target_actor_weights = self.target_actor_model.get_weights() for i in range(len(actor_weights)): target_actor_weights[i] = tau * actor_weights[i] + (1 - tau) * target_actor_weights[i] self.target_actor_model.set_weights(target_actor_weights) critic_weights = self.critic_model.get_weights() target_critic_weights = self.target_critic_model.get_weights() for i in range(len(critic_weights)): target_critic_weights[i] = tau * critic_weights[i] + (1 - tau) * target_critic_weights[i] self.target_critic_model.set_weights(target_critic_weights) # Actor根据状态生成动作 def act(self, state): action = self.actor_model.predict(np.array(state).reshape(1, self.state_dim))[0] return action # Critic根据状态和动作评估Q值 def critic_predict(self, state, action): q_value = self.critic_model.predict(np.array([state + [action]]))[0][0] return q_value # 将经验添加到缓存区 def add_experience(self, state, action, reward, next_state, done): self.buffer.add(state, action, reward, next_state, done) # 从缓存区中随机抽样并训练Actor和Critic def train(self): states, actions, rewards, next_states, dones = self.buffer.sample(self.batch_size) next_actions = self.target_actor_model.predict_on_batch(np.array(next_states)) next_qs = self.target_critic_model.predict_on_batch(np.array(next_states + next_actions)) targets = [] for i in range(self.batch_size): if dones[i]: targets.append(rewards[i]) else: targets.append(rewards[i] + self.gamma * next_qs[i][0]) self.critic_model.train_on_batch(np.array(states + actions), np.array(targets)) with tf.GradientTape() as tape: actions_pred = self.actor_model(np.array(states)) critic_pred = self.critic_model(np.concatenate((np.array(states), actions_pred), axis=1)) actor_loss = -tf.math.reduce_mean(critic_pred) actor_grads = tape.gradient(actor_loss, self.actor_model.trainable_variables) self.actor_model.optimizer.apply_gradients(zip(actor_grads, self.actor_model.trainable_variables)) self.update_target_networks(self.tau) ``` 最后,我们需要定义一个训练过程,用来训练我们的DDPG算法: ```python # 定义训练函数 def train_ddpg(env, agent, episodes): for episode in range(episodes): state = env.reset() score = 0 done = False while not done: action = agent.act(state) next_state, reward, done, _ = env.step(action) agent.add_experience(state, action, reward, next_state, done) if len(agent.buffer.buffer) > agent.batch_size: agent.train() state = next_state score += reward print("Episode:", episode, "Score:", score) ``` 现在我们可以使用上面定义的函数来训练我们的DDPG算法了: ```python env = gym.make('Pendulum-v0') agent = DDPGAgent(state_dim, action_dim, buffer_size, batch_size, gamma, tau) train_ddpg(env, agent, episodes=100) ``` 这就是一个简单的DDPG算法的实现,希望对你有帮助!

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