分层强化学习代码详解

分层强化学习（Hierarchical Reinforcement Learning, HRL）是一种在机器学习中将任务分解成更小、更具结构化的子任务的方法。它通常包含两层决策者：高层策略网络（High-Level Policy）负责规划长期目标，底层执行器（Low-Level Controller）负责完成具体的子任务。以下是分层强化学习代码的一般步骤及代码解析：

1. **环境和状态空间**：
首先，你需要定义一个环境模型，包括观察空间（Observation Space）和动作空间（Action Space）。例如，在Atari游戏中，顶层策略可能关注的是游戏的状态，而底层执行器处理的是像素级别的操作。

class HierarchicalEnv(gym.Env):
    def __init__(self):
        self.env = gym.make('Pong-v0')
        # ...

2. **高层策略网络**：
使用深度学习库（如TensorFlow或PyTorch）构建一个神经网络，输入是高层观察，输出是一组子任务的控制信号或概率分布。

class HighLevelPolicy(nn.Module):
    def forward(self, high_level_obs):
        # ...
        return action_distribution

3. **执行器网络**：
同样，为每个子任务创建一个执行器网络，接收来自高层策略的指令，并采取相应的低级别动作。

class LowLevelController(nn.Module):
    def forward(self, low_level_action):
        # ...
        return low_level_obs, reward, done, info

4. **训练过程**：
- **训练高层策略**：通过蒙特卡洛树搜索（MCTS）或其他策略优化算法更新高层策略网络。
- **训练执行器**：利用底层执行器的反馈更新执行器网络。

def train_hrl_policy(num_episodes):
    for episode in range(num_episodes):
        # ...
        high_level_action = policy(high_level_obs)
        low_level_obs, _, _, _ = env.step(high_level_action)
        # 更新两个网络

5. **示例代码**：
这是一个简化版的代码框架，实际代码会涉及到更复杂的记忆机制和梯度回传等细节。

for episode in train_loop:
    high_level_action = policy.sample_high_level_action()
    low_level_trajectory = execute_low_level_policy(env, high_level_action)
    update_policies(low_level_trajectory)