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【Python】强化学习SARSA走迷宫

时间:2024-05-18 20:40:59浏览次数:25  
标签:Python random 迷宫 next np state SARSA action 255

之前有实现Q-Learning走迷宫,本篇实现SARSA走迷宫。

Q-Learning是一种off-policy算法,当前步采取的决策action不直接作用于环境生成下一次state,而是选择最优的奖励来更新Q表。

更新公式:

SARSA是一种on-policy算法,当前步采取的策略action既直接作用于环境生成新的state,也用来更新Q表。

更新公式:

其中s是当前状态,a是当前动作,s’是下次状态,a'是下次动作。

代码如下:

import numpy as np
import random
import matplotlib.pyplot as plt
from PIL import Image
import imageio
import io

H = 30
W = 40

start = (0, random.randint(0, H-1))
goal = (W-1, random.randint(0, H-1))

img = Image.new('RGB', (W, H), (255, 255, 255))
pixels = img.load()

maze = np.zeros((W, H))
for h in range(H):
    for w in range(W):
        if random.random() < 0.1:
            maze[w, h] = -1

actions_num = 4
actions = [0, 1, 2, 3]
q_table = np.zeros((W, H, actions_num))
rate = 0.5
factor = 0.9
images = []

for i in range(2000):

    state = start
    path = [start]

    action = np.random.choice(actions)

    while(True):

        next_state = None                       #执行该动作
        if action == 0 and state[0] > 0:
            next_state = (state[0]-1, state[1])
        elif action == 1 and state[0] < W-1:
            next_state = (state[0]+1, state[1])
        elif action == 2 and state[1] > 0:
            next_state = (state[0], state[1]-1)
        elif action == 3 and state[1] < H-1:
            next_state = (state[0], state[1]+1)
        else:
            next_state = state

        if next_state == goal:                  #得到reward,到目标给大正反馈
            reward = 100
        elif maze[next_state] == -1:
            reward = -100                       #遇见障碍物给大负反馈
        else:
            reward = -1                         #走一步给小负反馈,走的步数越小,负反馈越小
       
        done = (next_state == goal)  
 
        if np.random.rand() < 1.0/(i+1):              #随机或者下一个状态最大q值对应的动作
            next_action = np.random.choice(actions)
        else:
            next_action = np.argmax(q_table[next_state])

        current_q = q_table[state][action]      #根据公式更新qtable
        q_table[state][action] += rate * (reward + factor * q_table[next_state][next_action]  - current_q) 

        state = next_state
        action = next_action
        path.append(state)

        if done: 
            break

    if i % 10 == 0:                            #每10次看结果

        for h in range(H):
            for w in range(W):
                if maze[w,h]==-1:
                    pixels[w, h] = (0, 0, 0)
                else:
                    pixels[w, h] = (255, 255, 255)

        for x, y in path:
            pixels[x, y] = (0, 0, 255)

        pixels[start] = (255, 0, 0)
        pixels[goal] = (0, 255, 0)

        plt.clf()                           # 清除当前图形
        plt.imshow(img)
        plt.pause(0.1)                      # 暂停0.1秒,显示动态效果

        buf = io.BytesIO()
        plt.savefig(buf, format='png')      # 保存图像到内存中
        buf.seek(0)                         # 将文件指针移动到文件开头
        images.append(imageio.imread(buf))  # 从内存中读取图像并添加到列表中

plt.show()
imageio.mimsave('result.gif', images, fps=3)  # 保存为 GIF 图像,帧率为3

效果似乎没有Q-Learning好。

标签:Python,random,迷宫,next,np,state,SARSA,action,255
From: https://www.cnblogs.com/tiandsp/p/18199736

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