Easy RL 強(qiáng)化學(xué)習(xí)教程

第 1 章緒論 1

1.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)概述 1

1.1.1 強(qiáng)化學(xué)習(xí)與監(jiān)督學(xué)習(xí) 1

1.1.2 強(qiáng)化學(xué)習(xí)的例子 5

1.1.3 強(qiáng)化學(xué)習(xí)的歷史 7

1.1.4 強(qiáng)化學(xué)習(xí)的應(yīng)用 8

1.2 序列決策概述 10

1.2.1 智能體和環(huán)境 10

1.2.2 獎(jiǎng)勵(lì) 10

1.2.3 序列決策 10

1.3 動(dòng)作空間 12

1.4 強(qiáng)化學(xué)習(xí)智能體的組成部分和類型 12

1.4.1 策略 13

1.4.2 價(jià)值函數(shù) 13

1.4.3 模型 14

1.4.4 強(qiáng)化學(xué)習(xí)智能體的類型 16

1.5 學(xué)習(xí)與規(guī)劃 19

1.6 探索和利用 20

1.7 強(qiáng)化學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn) 22

1.7.1 Gym 23

1.7.2 MountainCar-v0 例子27

1.8 關(guān)鍵詞 30

1.9 習(xí)題 31

1.10 面試題 32

參考文獻(xiàn) 32



第 2 章馬爾可夫決策過(guò)程 33

2.1 馬爾可夫過(guò)程 34

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2.1.1 馬爾可夫性質(zhì) 34

2.1.2 馬爾可夫過(guò)程/馬爾可夫鏈 34

2.1.3 馬爾可夫過(guò)程的例子 35

2.2 馬爾可夫獎(jiǎng)勵(lì)過(guò)程 36

2.2.1 回報(bào)與價(jià)值函數(shù) 36

2.2.2 貝爾曼方程 38

2.2.3 計(jì)算馬爾可夫獎(jiǎng)勵(lì)過(guò)程價(jià)值的迭代算法 42

2.2.4 馬爾可夫獎(jiǎng)勵(lì)過(guò)程的例子 43

2.3 馬爾可夫決策過(guò)程 44

2.3.1 馬爾可夫決策過(guò)程中的策略 44

2.3.2 馬爾可夫決策過(guò)程和馬爾可夫過(guò)程/馬爾可夫獎(jiǎng)勵(lì)過(guò)程的區(qū)別 45

2.3.3 馬爾可夫決策過(guò)程中的價(jià)值函數(shù) 45

2.3.4 貝爾曼期望方程 46

2.3.5 備份圖47

2.3.6 策略評(píng)估 49

2.3.7 預(yù)測(cè)與控制 51

2.3.8 動(dòng)態(tài)規(guī)劃 53

2.3.9 使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃進(jìn)行策略評(píng)估 53

2.3.10 馬爾可夫決策過(guò)程控制 56

2.3.11 策略迭代 58

2.3.12 價(jià)值迭代 61

2.3.13 策略迭代與價(jià)值迭代的區(qū)別 63

2.3.14 馬爾可夫決策過(guò)程中的預(yù)測(cè)和控制總結(jié) 66

2.4 關(guān)鍵詞 67

2.5 習(xí)題 68

2.6 面試題 69

參考文獻(xiàn) 69



第3 章表格型方法 70

3.1 馬爾可夫決策過(guò)程 70

3.1.1 有模型71

3.1.2 免模型72

3.1.3 有模型與免模型的區(qū)別 73

3.2 Q 表格 73

3.3 免模型預(yù)測(cè) 77

3.3.1 蒙特卡洛方法 77

3.3.2 時(shí)序差分方法 80

3.3.3 動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法、蒙特卡洛方法以及時(shí)序差分方法的自舉和采樣 86

3.4 免模型控制 88

3.4.1 Sarsa：同策略時(shí)序差分控制 91

3.4.2 Q 學(xué)習(xí)：異策略時(shí)序差分控制 94

3.4.3 同策略與異策略的區(qū)別 97

3.5 使用Q 學(xué)習(xí)解決懸崖尋路問(wèn)題 98

3.5.1 CliffWalking-v0 環(huán)境簡(jiǎn)介 98

3.5.2 強(qiáng)化學(xué)習(xí)基本接口 100

3.5.3 Q 學(xué)習(xí)算法 102

3.5.4 結(jié)果分析 103

3.6 關(guān)鍵詞 104

3.7 習(xí)題105

3.8 面試題 105

參考文獻(xiàn) 105



第4 章策略梯度 106

4.1 策略梯度算法 106

4.2 策略梯度實(shí)現(xiàn)技巧 115

4.2.1 技巧1：添加基線 115

4.2.2 技巧2：分配合適的分?jǐn)?shù) 117

4.3 REINFORCE：蒙特卡洛策略梯度 119

4.4 關(guān)鍵詞 125

4.5 習(xí)題125

4.6 面試題 125

參考文獻(xiàn) 126



第5 章近端策略優(yōu)化 127

5.1 從同策略到異策略 127

5.2 近端策略優(yōu)化 133

5.2.1 近端策略優(yōu)化懲罰 134

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5.2.2 近端策略優(yōu)化裁剪 135

5.3 關(guān)鍵詞 138

5.4 習(xí)題139

5.5 面試題 139

參考文獻(xiàn) 139



第6 章深度Q 網(wǎng)絡(luò) 140

6.1 狀態(tài)價(jià)值函數(shù) 140

6.2 動(dòng)作價(jià)值函數(shù) 145

6.3 目標(biāo)網(wǎng)絡(luò) 150

6.4 探索152

6.5 經(jīng)驗(yàn)回放 154

6.6 深度Q 網(wǎng)絡(luò)算法總結(jié)156

6.7 關(guān)鍵詞 157

6.8 習(xí)題158

6.9 面試題 159

參考文獻(xiàn) 159



第7 章深度Q 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)階技巧 160

7.1 雙深度Q 網(wǎng)絡(luò) 160

7.2 競(jìng)爭(zhēng)深度Q 網(wǎng)絡(luò) 162

7.3 優(yōu)先級(jí)經(jīng)驗(yàn)回放 165

7.4 在蒙特卡洛方法和時(shí)序差分方法中取得平衡 166

7.5 噪聲網(wǎng)絡(luò) 167

7.6 分布式Q 函數(shù) 168

7.7 彩虹170

7.8 使用深度Q 網(wǎng)絡(luò)解決推車桿問(wèn)題 172

7.8.1 CartPole-v0 簡(jiǎn)介 172

7.8.2 深度Q 網(wǎng)絡(luò)基本接口 173

7.8.3 回放緩沖區(qū)175

7.8.4 Q 網(wǎng)絡(luò) 175

7.8.5 深度Q 網(wǎng)絡(luò)算法 176

7.8.6 結(jié)果分析 178

7.9 關(guān)鍵詞 179

7.10 習(xí)題 180

7.11 面試題 180

參考文獻(xiàn) 180



第8 章針對(duì)連續(xù)動(dòng)作的深度Q 網(wǎng)絡(luò) 181

8.1 方案1：對(duì)動(dòng)作進(jìn)行采樣182

8.2 方案2：梯度上升 182

8.3 方案3：設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 182

8.4 方案4：不使用深度Q 網(wǎng)絡(luò) 183

8.5 習(xí)題184



第9 章演員-評(píng)論員算法 185

9.1 策略梯度回顧 185

9.2 深度Q 網(wǎng)絡(luò)回顧 186

9.3 演員-評(píng)論員算法 187

9.4 優(yōu)勢(shì)演員-評(píng)論員算法 188

9.5 異步優(yōu)勢(shì)演員-評(píng)論員算法 190

9.6 路徑衍生策略梯度 191

9.7 與生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系 195

9.8 關(guān)鍵詞 196

9.9 習(xí)題196

9.10 面試題 196



第 10 章深度確定性策略梯度 197

10.1 離散動(dòng)作與連續(xù)動(dòng)作的區(qū)別 197

10.2 深度確定性策略梯度199

10.3 雙延遲深度確定性策略梯度 203

10.4 使用深度確定性策略梯度解決倒立擺問(wèn)題 205

10.4.1 Pendulum-v1 簡(jiǎn)介 205

10.4.2 深度確定性策略梯度基本接口 206

10.4.3 Ornstein-Uhlenbeck 噪聲 207

10.4.4 深度確定性策略梯度算法 208

10.4.5 結(jié)果分析209

10.5 關(guān)鍵詞 211

10.6 習(xí)題 211

10.7 面試題 211

參考文獻(xiàn) 211



第 11 章稀疏獎(jiǎng)勵(lì)212

11.1 設(shè)計(jì)獎(jiǎng)勵(lì) 212

11.2 好奇心 214

11.3 課程學(xué)習(xí) 216

11.4 分層強(qiáng)化學(xué)習(xí) 219

11.5 關(guān)鍵詞 221

11.6 習(xí)題 222

參考文獻(xiàn) 222



第 12 章模仿學(xué)習(xí)223

12.1 行為克隆 223

12.2 逆強(qiáng)化學(xué)習(xí) 226

12.3 第三人稱視角模仿學(xué)習(xí) 231

12.4 序列生成和聊天機(jī)器人 232

12.5 關(guān)鍵詞 233

12.6 習(xí)題 233

參考文獻(xiàn) 234



第 13 章AlphaStar 論文解讀 235

13.1 AlphaStar 以及背景簡(jiǎn)介 235

13.2 AlphaStar 的模型輸入和輸出是什么呢？——環(huán)境設(shè)計(jì) 235

13.2.1 狀態(tài)（網(wǎng)絡(luò)的輸入） 236

13.2.2 動(dòng)作（網(wǎng)絡(luò)的輸出） 236

13.3 AlphaStar 的計(jì)算模型是什么呢？——網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 237

13.3.1 輸入部分237

13.3.2 中間過(guò)程239

13.3.3 輸出部分239

13.4 龐大的AlphaStar 如何訓(xùn)練呢？——學(xué)習(xí)算法 240

13.4.1 監(jiān)督學(xué)習(xí)240

13.4.2 強(qiáng)化學(xué)習(xí)241

13.4.3 模仿學(xué)習(xí)242

13.4.4 多智能體學(xué)習(xí)/自學(xué)習(xí) 243

13.5 AlphaStar 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何呢？——實(shí)驗(yàn)結(jié)果 243

13.5.1 宏觀結(jié)果243

13.5.2 其他實(shí)驗(yàn)（消融實(shí)驗(yàn)） 244

13.6 關(guān)于AlphaStar 的總結(jié) 245

參考文獻(xiàn) 245