在MDP环境下训练强化学习智能体

本文主要是介绍在MDP环境下训练强化学习智能体，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

目录

1.创建MDP环境

2.创建Q-learning智能体

3. 训练Q-learning智能体

4.验证Q-learning结果

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        本文示例展示了如何训练Q-learning智能体来解决一般的马尔可夫决策过程(MDP)环境。有关这些智能体的更多信息，请参阅Q-Learning智能体。

MDP环境如下图：

其中：

1. 每一个圆圈代表一个状态。
2. 每个状态可以决定上升或下降。
3. 智能体从状态1开始。
4. 智能体收到的奖励等于图中每个转换的值。
5. 训练目标是获得最大的累积奖励。

1.创建MDP环境

创建具有8个状态和2个动作（上和下）的MDP环境。

MDP = createMDP(8,["up";"down"]);

为了对上图中的转换建模，需要修改MDP的状态转移矩阵和奖励矩阵。默认情况下，这些矩阵包含零。

为MDP指定状态转移矩阵和奖励矩阵。例如，在以下命令中:

• 前两行指定通过采取动作1(“向上”)从状态1转移到状态2并且奖励+3。
• 接下来的两行指定了通过采取动作2(“向下”)从状态1转移到状态3，并且奖励+1。

MDP.T(1,2,1) = 1;
MDP.R(1,2,1) = 3;
MDP.T(1,3,2) = 1;
MDP.R(1,3,2) = 1;

类似地，为图中剩余的规则指定状态转换和奖励。

% State 2 transition and reward
MDP.T(2,4,1) = 1;
MDP.R(2,4,1) = 2;
MDP.T(2,5,2) = 1;
MDP.R(2,5,2) = 1;
% State 3 transition and reward
MDP.T(3,5,1) = 1;
MDP.R(3,5,1) = 2;
MDP.T(3,6,2) = 1;
MDP.R(3,6,2) = 4;
% State 4 transition and reward
MDP.T(4,7,1) = 1;
MDP.R(4,7,1) = 3;
MDP.T(4,8,2) = 1;
MDP.R(4,8,2) = 2;
% State 5 transition and reward
MDP.T(5,7,1) = 1;
MDP.R(5,7,1) = 1;
MDP.T(5,8,2) = 1;
MDP.R(5,8,2) = 9;
% State 6 transition and reward
MDP.T(6,7,1) = 1;
MDP.R(6,7,1) = 5;
MDP.T(6,8,2) = 1;
MDP.R(6,8,2) = 1;
% State 7 transition and reward
MDP.T(7,7,1) = 1;
MDP.R(7,7,1) = 0;
MDP.T(7,7,2) = 1;
MDP.R(7,7,2) = 0;
% State 8 transition and reward
MDP.T(8,8,1) = 1;
MDP.R(8,8,1) = 0;
MDP.T(8,8,2) = 1;
MDP.R(8,8,2) = 0;

指定状态“s7”和"s8"作为终止状态。

MDP.TerminalStates = ["s7";"s8"];

为这个过程模型创建强化学习MDP环境：

env = rlMDPEnv(MDP);

要指定智能体的初始状态始终为状态1，请指定一个返回初始智能体状态的重置函数。这个函数在每一次训练的开始被调用。创建一个匿名函数句柄，将初始状态设置为1。

env.ResetFcn = @() 1;

为了再现结果固定随机生成器种子：

rng(0)

2.创建Q-learning智能体

为了创建Q-learning智能体，首先使用MDP环境中的观察值和动作创建一个Q表，并设置学习率为1。

obsInfo = getObservationInfo(env);
actInfo = getActionInfo(env);
qTable = rlTable(obsInfo, actInfo);
qFunction = rlQValueFunction(qTable, obsInfo, actInfo);
qOptions = rlOptimizerOptions(LearnRate=1);

接下来，使用这个表创建一个Q-learning智能体，配置贪心探索算法。

agentOpts = rlQAgentOptions;
agentOpts.DiscountFactor = 1;
agentOpts.EpsilonGreedyExploration.Epsilon = 0.9;
agentOpts.EpsilonGreedyExploration.EpsilonDecay = 0.01;
agentOpts.CriticOptimizerOptions = qOptions;
qAgent = rlQAgent(qFunction,agentOpts);

3. 训练Q-learning智能体

为了训练智能体，首先指定训练选项，对于这个例子，使用如下选项：

• 训练最多500次，每次最多持续50个时间步。
• 当智能体在连续30次中获得的平均累计奖励大于10时，停止训练。

trainOpts = rlTrainingOptions;
trainOpts.MaxStepsPerEpisode = 50;
trainOpts.MaxEpisodes = 500;
trainOpts.StopTrainingCriteria = "AverageReward";
trainOpts.StopTrainingValue = 13;
trainOpts.ScoreAveragingWindowLength = 30;

 使用Train函数训练智能体。这可能需要几分钟才能完成。为了节省运行此示例时的时间，通过将doTraining设置为false来加载预训练的智能体。要训练自己的智能体，就将doTraining设置为true。

doTraining = false;if doTraining% Train the agent.trainingStats = train(qAgent,env,trainOpts); %#ok<UNRCH> 
else% Load pretrained agent for the example.load("genericMDPQAgent.mat","qAgent"); 
end

4.验证Q-learning结果

为了验证训练结果，使用sim函数在训练环境中模拟智能体。agent成功找到最优路径，累计奖励为13。

Data = sim(qAgent,env);
cumulativeReward = sum(Data.Reward)

由于折扣因子设置为1，因此训练智能体的Q表中的值与环境的未折现收益相匹配。

QTable = getLearnableParameters(getCritic(qAgent));
QTable{1}

TrueTableValues = [13,12;5,10;11,9;3,2;1,9;5,1;0,0;0,0]

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这篇关于在MDP环境下训练强化学习智能体的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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