高维连续控制:利用广义优势估计强化学习

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"这篇论文是关于在高维连续控制中使用广义优势估计(Generalized Advantage Estimation,GAE)的,它在强化学习领域具有重要应用。该论文由John Schulman等人在ICLR 2016会议上发表,来自加州大学伯克利分校的电气工程和计算机科学系。" 在强化学习中,策略梯度方法因其能直接优化累积奖励且易于与神经网络等非线性函数近似器结合而受到欢迎。然而,这些方法通常需要大量的样本,并且在面对不断变化的数据时,稳定性和持续改进的难度较大。针对这两个挑战,论文提出了以下解决方案: 首先,为了解决样本需求量大的问题,论文引入了价值函数来显著降低策略梯度估计的方差,尽管这会导致一定的偏差。这里采用了一种指数加权的Advantage函数估计器,类似于Temporal Difference (TD) 学习中的TD(λ)算法。Advantage函数是状态动作值函数Q(s,a)与状态值函数V(s)的差,用于衡量在特定状态下采取某一行动相对于采取最优行动的额外收益。 其次,为了解决数据非平稳导致的优化稳定性问题,论文采用了信任区域优化策略。这种策略同时应用于策略和价值函数的优化,通过限制策略更新的幅度,确保每次更新都在一个确定的信任区域内,从而提高训练的稳定性。信任区域优化能够防止策略过快地变化,避免了因为策略的剧烈波动而导致的学习不稳定。 此外,广义优势估计(GAE)通过平滑优势函数,减少了在连续空间中选择行动的敏感性,从而增强了策略学习的效率。它通过一种线性组合的优势估计,结合了即时和延迟的奖励信息,既降低了方差,又保持了长期奖励的考虑。 这篇论文通过引入GAE和信任区域优化,提供了一种在高维度连续控制任务中更有效、更稳定的强化学习策略。这种方法不仅减少了所需样本数量,还提高了学习过程的稳定性,对于处理复杂环境和高维输入的智能系统设计具有重要的理论和实践意义。