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### Bellman Equation
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记策略 $\pi $ 的动作价值函数为 $Q^{\pi}(s_t,a_t)$,它表示在状态 $s_t$ 下,执行动作 $a_t$ 会带来的累积奖励 $G_t$ 的期望,具体公式为:
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记策略 $\pi $ 的状态-动作值函数为 $Q^{\pi}(s_t,a_t)$,它表示在状态 $s_t$ 下,执行动作 $a_t$ 会带来的累积奖励 $G_t$ 的期望,具体公式为:
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\begin{aligned} Q ^ { \pi } \left( s _ { t } , a _ { t } \right) & = \mathbb { E } \left[ G _ { t } \mid s _ { t } , a _ { t } \right] \\ & = \mathbb { E } \left[ r _ { t } + \gamma r _ { t + 1 } + \gamma ^ { 2 } r _ { t + 2 } + \cdots \mid s _ { t } , a _ { t } \right] \\ & = \mathbb { E } \left[ r _ { t } + \gamma \left( r _ { t + 1 } + \gamma r _ { t + 2 } + \cdots \right) \mid s _ { t } , a _ { t } \right] \\ & = \mathbb { E } \left[ r _ { t } + \gamma Q ^ { \pi } \left( s _ { t + 1 } , a _ { t + 1 } \right) \mid s _ { t } , a _ { t } \right] \end{aligned}
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上式是马尔可夫决策过程中 Bellman 方程的基本形式。累积奖励 $G_t$ 的计算,不仅考虑当下 $t$ 时刻的动作 $a_t$ 的奖励 $r_t$,还会累积计算对之后決策带来的影响(公式中的 $\gamma$ 是后续奖励的衰减因子)。从上式可以看出,当前状态的动作价值 $Q^{\pi}(s_t,a_t)$ ,与当前动作的奖励 $r_t$ 以及下一状态的动作价值 $Q^{\pi}(s_{t+1},a_{t+1})$ 有关,因此,动作价值函数的计算可以通过动态规划算法来实现。
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上式是马尔可夫决策过程中 Bellman 方程的基本形式。累积奖励 $G_t$ 的计算,不仅考虑当下 $t$ 时刻的动作 $a_t$ 的奖励 $r_t$,还会累积计算对之后決策带来的影响(公式中的 $\gamma$ 是后续奖励的衰减因子)。从上式可以看出,当前状态的动作价值 $Q^{\pi}(s_t,a_t)$ ,与当前动作的奖励 $r_t$ 以及下一状态的动作价值 $Q^{\pi}(s_{t+1},a_{t+1})$ 有关,因此,状态-动作值函数的计算可以通过动态规划算法来实现。
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从另一方面考虑,在计算 $t$ 时刻的动作价值 $Q^{\pi}(s_t,a_t)$ 时,需要知道在 $t$、$t+1$、$t+2 \cdots \cdots$ 时刻的奖励,这样就不仅需要知道某一状态的所有可能出现的后续状态以及对应的奖励值,还要进行全宽度的回溯来更新状态的价值。这种方法无法在状态转移函数未知或者大规模问题中使用。因此,Q- learning 采用了浅层的时序差分采样学习,在计算累积奖励时,基于当前策略 $\pi$ 预测接下来发生的 $n$ 步动作($n$ 可以取 1 到 $+\infty$)并计算其奖励值。
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@@ -197,7 +197,7 @@ $$
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Q^{\pi}\left(s_{t}, a_{t}\right)=\mathbb{E}_{s_{t+1}, a_{t+1}}\left[r_{t}+\gamma Q^{\pi}\left(s_{t+1}, a_{t+1}\right) \mid s_{t}, a_{t}\right]
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Q-learning 算法在使用过程中,可以根据获得的累积奖励来选择策略,累积奖励的期望值越高,价值也就越大,智能体越倾向于选择这个动作。因此,最优策略 $\pi^*$ 对应的动作价值函数 $Q^*(s_t,a_t)$ 满足如下关系式:
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Q-learning 算法在使用过程中,可以根据获得的累积奖励来选择策略,累积奖励的期望值越高,价值也就越大,智能体越倾向于选择这个动作。因此,最优策略 $\pi^*$ 对应的状态-动作值函数 $Q^*(s_t,a_t)$ 满足如下关系式:
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Q^{*}\left(s_{t}, a_{t}\right)=\max _{\pi} Q^{\pi}\left(s_{t}, a_{t}\right)=\mathbb{E}_{s_{t+1}}\left[r_{t}+\gamma \max _{a_{t+1}} Q\left(s_{t+1}, a_{t+1}\right) \mid s_{t}, a_{t}\right]
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