用Q-learning算法实现自动走迷宫机器人的方法示例
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2020-09-19
08:26:42
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用用Q-learning算法实现自动走迷宫机器人的方法示例算法实现自动走迷宫机器人的方法示例
主要介绍了用Q-learning算法实现自动走迷宫机器人的方法示例，文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，需要的朋友们下面随着小编
来一起学习学习吧
项目描述：
在该项目中，你将使用强化学习算法，实现一个自动走迷宫机器人。
如上图所示，智能机器人显示在右上角。在我们的迷宫中，有陷阱（红色×××）及终点（蓝色的目标点）两种情景。机器人要尽量避开陷阱、尽快到达目的地。
小车可执行的动作包括：向上走 u、向右走 r、向下走 d、向左走l。
执行不同的动作后，根据不同的情况会获得不同的奖励，具体而言，有以下几种情况。
撞到墙壁：-10
走到终点：50
走到陷阱：-30
其余情况：-0.1
我们需要通过修改 robot.py 中的代码，来实现一个 Q Learning 机器人，实现上述的目标。
Section 1 算法理解算法理解
1.1 强化学习总览强化学习总览
强化学习作为机器学习算法的一种，其模式也是让智能体在“训练”中学到“经验”，以实现给定的任务。但不同于监督学习与非监督学习，在强化学习的框架中，我们更侧重通过智能体与环境的交互来学
习。通常在监督学习和非监督学习任务中，智能体往往需要通过给定的训练集，辅之以既定的训练目标（如最小化损失函数），通过给定的学习算法来实现这一目标。然而在强化学习中，智能体则是通
过其与环境交互得到的奖励进行学习。这个环境可以是虚拟的（如虚拟的迷宫），也可以是真实的（自动驾驶汽车在真实道路上收集数据）。
在强化学习中有五个核心组成部分，它们分别是：环境（Environment）、智能体（Agent）、状态（State）、动作（Action）和奖励（Reward）。在某一时间节点t：
智能体在从环境中感知其所处的状态
智能体根据某些准则选择动作
环境根据智能体选择的动作，向智能体反馈奖励
通过合理的学习算法，智能体将在这样的问题设置下，成功学到一个在状态 选择动作 的策略 。
1.2 计算计算Q值值
在我们的项目中，我们要实现基于 Q-Learning 的强化学习算法。Q-Learning 是一个值迭代（Value Iteration）算法。与策略迭代（Policy Iteration）算法不同，值迭代算法会计算每个”状态“或是”状态-动
作“的值（Value）或是效用（Utility），然后在执行动作的时候，会设法最大化这个值。因此，对每个状态值的准确估计，是我们值迭代算法的核心。通常我们会考虑最大化动作的长期奖励，即不仅考虑
当前动作带来的奖励，还会考虑动作长远的奖励。
在 Q-Learning 算法中，我们把这个长期奖励记为 Q 值，我们会考虑每个 ”状态-动作“ 的 Q 值，具体而言，它的计算公式为：
也就是对于当前的“状态-动作” ，我们考虑执行动作 后环境给我们的奖励 ，以及执行动作 到达 后，执行任意动作能够获得的最大的Q值
， 为折扣因子。
不过一般地，我们使用更为保守地更新 Q 表的方法，即引入松弛变量 alpha，按如下的公式进行更新，使得 Q 表的迭代变化更为平缓。
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