现在笔者来讲一个利用Q-learning 方法帮助酒鬼回家的一个小例子, 例子的环境是一个一维世界, 在世界的右边是酒鬼的家。这个酒鬼因为喝多了,根本不记得回家的路,只是根据自己的直觉一会向左走、一会向右走。酒鬼最后只要成功回家, 然后以后就记住了回家的方法, 这就是他用强化学习所学习到的行为。
-w- - - - - H
H 是酒鬼的家, w 是酒鬼所处的位置
预设值
import numpy as np
import pandas as pd
import time
np.random.seed(2) # reproducible
N_STATES = 6 # 最开始酒鬼离家的距离,即1维世界的宽度
ACTIONS = ['left', 'right'] # 探索者的可用动作
EPSILON = 0.9 # 贪婪度 greedy
ALPHA = 0.1 # 学习率
GAMMA = 0.9 # 奖励递减值
MAX_EPISODES = 15 # 最大回合数
FRESH_TIME = 0.2 # 移动间隔时间
q表
def build_q_table(n_states,actions):
table = pd.DataFrame(
np.zeros((n_states,len(actions))),
columns=actions,
)
print(table)
return table
选择行为
# 在某个 state 地点, 选择行为
def choose_action(state, q_table):
state_actions = q_table.iloc[state, :] # 选出这个 state 的所有 action 值
if (np.random.uniform() > EPSILON) or (state_actions.all() == 0): # 非贪婪 or 或者这个 state 还没有探索过
action_name = np.random.choice(ACTIONS)
else:
action_name = state_actions.argmax() # 贪婪模式
return action_name
环境反馈
def get_env_feedback(S, A):
if A=='right':
if S == N_STATES -2:
S_ = 'terminal'
R = 1
else:
S_ = S+1
R = 0
else:
R=0
if S==0:
S_ = S
else:
S_ = S-1
return S_, R
环境更新
def update_env(S, episode, step_counter):
# This is how environment be updated
env_list = ['-']*(N_STATES-1) + ['H'] # '---------H' our environment
if S == 'terminal':
interaction = 'Episode %s: total_steps = %s' % (episode+1, step_counter)
print('\r{}'.format(interaction), end='')
time.sleep(1)
print('\r ', end='')
else:
env_list[S] = 'w'
interaction = ''.join(env_list)
print('\r{}'.format(interaction), end='')
time.sleep(FRESH_TIME)
强化学习主循环
def rl():
q_table = build_q_table(N_STATES, ACTIONS) # 初始 q table
for episode in range(MAX_EPISODES): # 回合
step_counter = 0
S = 0 # 回合初始位置
is_terminated = False # 是否回合结束
update_env(S, episode, step_counter) # 环境更新
while not is_terminated:
A = choose_action(S, q_table) # 选行为
S_, R = get_env_feedback(S, A) # 实施行为并得到环境的反馈
q_predict = q_table.loc[S, A] # 估算的(状态-行为)值
if S_ != 'terminal':
q_target = R + GAMMA * q_table.iloc[S_, :].max() # 实际的(状态-行为)值 (回合没结束)
else:
q_target = R # 实际的(状态-行为)值 (回合结束)
is_terminated = True # terminate this episode
q_table.loc[S, A] += ALPHA * (q_target - q_predict) # q_table 更新
S = S_ # 酒鬼移动到下一个 state
update_env(S, episode, step_counter+1) # 环境更新
step_counter += 1
return q_table
if __name__ == "__main__":
q_table = rl()
print('\r\nQ-table:\n')
print(q_table)
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