强化学习之QLearning

注：以下第一段代码是 文章 提供的代码，但是简书的代码粘贴下来不换行，所以我在这里贴了一遍。其原理在原文中也说得很明白了。

算个旅行商问题

基本介绍

戳 代码解释与来源

代码整个计算过程使用的以下公式-QLearning

在上面的公式中，S表示当前的状态，a表示当前的动作，s_{表示下一个状态，a}表示下一个动作，γ为贪婪因子，0<γ<1,一般设置为0.8。Q表示的是，在状态s下采取动作a能够获得的期望最大收益，R是立即获得的收益，而未来一期的收益则取决于下一阶段的动作

算法过程

面对问题

这是一个把一个代理(玩家)随机丢入一个房间，代理如何能最快速到达指定房间(在这里是5号房间) 的问题。

代码全文

import numpy as np
import random

r = np.array([[-1, -1, -1, -1, 0, -1], [-1, -1, -1, 0, -1, 100], [-1, -1, -1, 0, -1, -1], [-1, 0, 0, -1, 0, -1], [0, -1, -1, 0, -1, 100], [-1, 0, -1, -1, 0, 100]])

q = np.zeros([6,6],dtype=np.float32)
gamma = 0.8

step = 0

for step in range(100):
	print("step:", step)
	state = random.randint(0,5)
	if state != 5:
		next_state_list=[]
		for i in range(6):
			if r[state,i] != -1:
				next_state_list.append(i)
		next_state = next_state_list[random.randint(0,len(next_state_list)-1)]
		qval = r[state,next_state] + gamma * max(q[next_state])
		q[state,next_state] = qval

print(q)

for i in range(10):
	print("第{}次验证".format(i + 1))
	state = random.randint(0, 5)
	print('机器人处于{}'.format(state))
	count = 0
	while state != 5:
		if count > 20:
			print('fail')
			break
		q_max = q[state].max()
		q_max_action = []
		for action in range(6):
			if q[state, action] == q_max:
				q_max_action.append(action)
		next_state = q_max_action[random.randint(0, len(q_max_action) - 1)]
		print("the robot goes to " + str(next_state) + '.')
		state = next_state
		count += 1

关于视频教程

视频教程中的demo实现没有看懂，然后我就按照上述文章的思路实现了视频中demo的基本功能。还不算完善，完善之后再追加。

简述：视频中demo的功能是实现一个单项运动，从1走到6就算成功。但是机器本身不知道应该按照什么样的方式走，应该加或者减，通过多次强化学习之后，可以通过回报表(Q表)知道自己应该一路加上去，从1加到6.

代码

import numpy as np
import random

r = np.array([[-1, 0, -1, -1, -1, -1], [0, -1, 0, -1, -1, -1], [-1, 0, -1,0, -1, -1], [-1, -1, 0, -1,0, -1], [-1, -1, -1, 0, -1, 100], [-1, -1,-1, -1, 0, 100 ]])
#能走的标记为0，不能走的方向标记为-1，到达终点标记为100
#因为是从1走到6一字排开，所以1能到2，2能到1，1不能到3酱紫

q = np.zeros([6,6],dtype=np.float32)


gamma = 0.8
#贪婪因子

step = 0

for step in range(10):
    state = 0
    time = 0
    while state != 5:
        time =time + 1
        next_state_list=[]
        for i in range(6):
            if r[state,i] != -1:
                next_state_list.append(i)
        next_state = next_state_list[random.randint(0,len(next_state_list)-1)]
        qval = r[state,next_state] + gamma * max(q[next_state])
        q[state,next_state] = qval
        state = next_state

############################我是分割线##########################

print(q)#打印Q表

state = 0
while state != 5:
    next_state = q[state].argmax(axis = 0)#取得Q表当前行最大值的索引
    print(next_state)
    state = next_state

打印结果

解释

分割线之上通过强化学习(QLearning)得到Q表

分割线之下是通过Q表得到路线图(即一路上加)

打印结果表示下一步到哪 。初始在位置0，然后依次顺序打印应该到哪个位置。

总结

神经网络适合拟合、图像视频识别与分类能，强化学习适合做类似于阿尔法狗/走迷宫酱紫的智能活动

参考

文章：

https://www.itcodemonkey.com/article/3646.html

https://www.jianshu.com/p/29db50000e3f?utm_medium=hao.caibaojian.com&utm_source=hao.caibaojian.com

视频：

https://www.bilibili.com/video/av16921335/?p=6 对应代码