要实现您自己的自定义强化学习算法,您可以通过创建自定义代理类的子类来创建自定义代理。然后你可以在MATLAB中训练和模拟这个代理®和仿真软金宝app件®环境。有关在MATLAB中创建类的更多信息,请参见用户定义的类.
要定义自定义代理,首先创建一个类,该类是rl.agent.CustomAgent
类。本节以培训的自定义LQR代理为例火车定制LQR代理.作为您自己代理的起点,您可以打开并修改这个自定义代理类。要将示例文件添加到MATLAB路径并打开该文件,请在MATLAB命令行中输入以下代码。
目录(fullfile (matlabroot,“例子”,“rl”,“主要”));编辑LQRCustomAgent.m
在将类保存到您自己的工作文件夹之后,您可以从该路径中删除示例文件。
rmpath (fullfile (matlabroot,“例子”,“rl”,“主要”));
这个类具有以下类定义,它指示代理类名和关联的抽象代理。
classdefLQRCustomAgent < rl.agent.CustomAgent
要定义您的代理,您必须指定以下内容:
代理的属性
构造函数
评估打折扣的长期回报(如果学习需要的话)的评论家代表
基于当前观察选择动作的参与者表示(如果学习需要)
需要代理的方法
可选代理方法
在属性
部分,指定创建和培训代理所需的任何参数。这些参数包括:
贴现因子用于贴现未来的回报
配置探测模型的参数,如噪声模型或贪心探测
使用重放内存的经验缓冲
从经验缓冲液中取样的小批量尺寸
在训练中向前看的步骤数
有关潜在代理属性的更多信息,请参阅内置的Reinforcement Learning Toolbox™代理的选项对象。
的rl.Agent.CustomAgent
类已经包含代理示例时间的属性(SampleTime
)及动作及观察规范(ActionInfo
和ObservationInfo
分别)。
自定义LQR代理定义了以下代理属性。
属性%问问R %R%反馈增益K%的折扣因素γ= 0.95%的批评家评论家K缓冲液%KBuffer% K的更新数KUpdate = 1%估计值更新的数字EstimateNum = 10结束YBuffer HBuffer . properties (Access = private) Counter = 1结束
要创建自定义代理,必须定义一个构造函数:
定义动作和观察规范。有关创建这些规范的更多信息,请参见rlNumericSpec
和rlFiniteSetSpec
.
根据训练算法的要求创建演员和评论家表示。有关更多信息,请参见创建策略和价值功能表示.
配置代理属性。
调用基抽象类的构造函数。
例如,LQRCustomAgent
构造者定义了连续的动作和观察空间,并创建了一个批判的表示。的createCritic
Function是一个可选的helper函数,用于定义批评家表示形式。
函数obj = LQRCustomAgent (Q, R, InitialK)%检查输入参数的数量narginchk (3,3);%调用抽象类构造函数obj = obj@rl.agent.CustomAgent ();设置Q和R矩阵obj。问= Q; obj.R = R;定义观察和活动空间obj。ObservationInfo = rlNumericSpec([大小(Q, 1), 1]);obj。一个ctionInfo = rlNumericSpec([size(R,1),1]);%创建批评家表示obj。评论家= createCritic (obj);%初始化增益矩阵obj。K= InitialK;%初始化经验缓冲区obj。YBuffer = 0 (obj.EstimateNum, 1);num = size(Q,1) + size(R,1);obj。HBuffer = 0 (obj.EstimateNum, 0.5 * num * (num + 1));obj。KBuffer = cell(1,1000); obj.KBuffer{1} = obj.K;结束
如果您的学习算法使用评论家表示来估计长期回报,或者使用参与者来选择动作,或者两者都使用,那么您必须将它们添加为代理属性。然后,您必须在创建代理时创建这些表示;也就是说,在构造函数中。有关创建演员和评论家的更多信息,请参见创建策略和价值功能表示.
例如,自定义LQR代理使用批评家表示,存储在其评论家
财产,没有行为人。批评家的创作是在createCritic
方法调用的Helper函数LQRCustomAgent
构造函数。
函数nQ = size(obj. q,1);nR =大小(obj.R, 1);n = nQ + nR;的w0 = 0.1 * (0.5 * (n + 1) * n, 1);{@(x,u),w0},...getObservationInfo (obj) getActionInfo (obj));critic.Options.GradientThreshold = 1;结束
在这种情况下,评论家是rlQValueRepresentation
对象。要创建这样的表示,必须指定自定义基函数的句柄,在本例中为computeQuadraticBasis
函数。有关此评论家表示的更多信息,请参见火车定制LQR代理.
要创建自定义强化学习代理,必须定义以下实现函数。要在您自己的代码中调用这些函数,请使用抽象基类中的包装器方法。例如,打电话getActionImpl
,使用getAction
.包装器方法具有与实现方法相同的输入和输出参数。
函数 | 描述 |
---|---|
getActionImpl |
通过评估给定观察的代理策略来选择操作 |
getActionWithExplorationImpl |
使用代理的探索模型选择操作 |
learnImpl |
从当前的经验中学习,并以探索的方式返回行动 |
在实现函数中,要评估参与者和批评者表示,可以使用getValue
,getAction
,getMaxQValue
功能。
评估一个rlValueRepresentation
用仅观测的输入信号,求得状态值函数V
使用以下语法。
V = getValue(评论家,观察);
评估一个rlQValueRepresentation
用观测和动作输入信号进行批判,得到状态-动作值函数问
使用以下语法。
Q = getValue(评论家,(观察、行动));
评估一个rlQValueRepresentation
批评家只用观察输入信号,得到状态-动作值函数问
对于所有可能的离散操作,请使用以下语法。
Q = getValue(评论家,观察);
一个离散的作用空间rlQValueRepresentation
批评家,得到最大Q状态-动作值函数问
对于所有可能的离散操作,请使用以下语法。
[MaxQ, MaxActionIndex] = getMaxQValue(评论家,观察);
要评估一个行动者表示(rlStochasticActorRepresentation
或rlDeterministicActorRepresentation
),获得行动一个
使用以下语法。
一个= getAction(演员、观察);
对于每一种情况,如果参与者或批评者网络使用递归神经网络,函数也可以在获得相应的网络输出后返回网络状态的当前值。
getActionImpl
函数的getActionImpl
函数的作用是评估代理的策略并选择操作。该函数必须具有以下签名,其中obj
是代理对象,观察
目前的观察是,和行动
是选定的操作。
函数action = getActionImpl (obj,观察)
对于自定义LQR代理,您可以通过应用u= -Kx控制律。
函数action = getActionImpl (obj,观察)给定系统的当前状态,返回一个操作action = -obj.K *观察{:};结束
getActionWithExplorationImpl
函数的getActionWithExplorationImpl
函数使用代理的探索模型选择操作。使用这个函数,可以实现贪心探索等算法。该函数必须具有以下签名,其中obj
是代理对象,观察
目前的观察是,和行动
是选定的操作。
函数action = getActionWithExplorationImpl (obj,观察)
对于自定义LQR代理,getActionWithExplorationImpl
函数向使用当前代理策略选择的操作添加随机白噪声。
函数action = getActionWithExplorationImpl (obj,观察)%给定当前的观察,选择一个动作action = getAction (obj,观察);%在动作中添加随机噪音num =大小(obj.R, 1);操作=操作+ 0.1*randn(num,1);结束
learnImpl
函数的learnImpl
函数定义代理如何从当前经验中学习。这个函数通过更新策略参数和选择带有探索的操作来实现代理的自定义学习算法。该函数必须具有以下签名,其中obj
是代理对象,经验值
目前是否有代理经验,以及行动
是选定的操作。
函数action = learnImpl (obj,经验值)
代理体验是单元阵列exp ={状态、动作、奖励、nextstate结束}
.
状态
是目前的观察结果。
行动
是当前的动作。
奖励
是当前的奖励。
nextState
是下一个观察。
结束
是一个逻辑标志,指示训练阶段已完成。
对于自定义LQR代理,每一次都会更新批评家参数N
步骤。
函数action = learnImpl (obj,经验值)%解析输入的经验x = exp {1} {1};u = exp {2} {1};dx = exp {4} {1};y = (x ' * obj。问*x + u'*obj.R*u); num = size(obj.Q,1) + size(obj.R,1);%需要等待N步才能更新批评家参数N = obj.EstimateNum;h1 = computeQuadraticBasis (x, u, num);h2 = computeQuadraticBasis (dx, -obj.K * dx, num);H = h1 - obj。γ* h2;如果obj。Counter<=N obj.YBuffer(obj.Counter) = y;obj.HBuffer (obj.Counter:) = H;obj。Counter = obj。计数器+ 1;其他的%根据批处理更新批评家参数%的经验H_buf = obj.HBuffer;y_buf = obj.YBuffer;θ= (H_buf ' * H_buf) \ H_buf * y_buf;obj。评论家= setLearnableParameters (obj.Critic{θ});根据新的参数推导新的增益矩阵obj。K= getNewK(obj);重置经验缓冲区obj。Counter = 1;obj。YBuffer = 0 (N, 1);obj。HBuffer = 0 (N, 0.5 * num * (num + 1));obj。KUpdate = obj.KUpdate + 1; obj.KBuffer{obj.KUpdate} = obj.K;结束找到并返回一个带有探索的动作action = getActionWithExploration (obj, exp {4});结束
您还可以通过指定resetImpl
函数的签名如下obj
是代理对象。使用此函数,可以在训练前将代理设置为已知或随机条件。
函数resetImpl (ob)
此外,您还可以根据需要在自定义代理类中定义任何其他助手函数。例如,自定义LQR代理定义createCritic
函数创建批评家表示和getNewK
函数,该函数从训练过的批评参数派生出反馈增益矩阵。
定义自定义代理类之后,在MATLAB工作空间中创建它的实例。例如,要创建自定义LQR代理,请定义问
,R
,InitialK
值并调用构造函数。
Q =[10 3 1; 3、5、4、1、4、9];R = 0.5 *眼(3);K0 =地方(A, B, [0.4, 0.8, 0.5]);代理= LQRCustomAgent (Q, R, K0);
验证环境对象之后,可以使用它来训练强化学习代理。有关训练自定义LQR代理的示例,请参见火车定制LQR代理.