【强化学习篇】on-policy 和 off-policy 的区别

本质区别：

• 要学习的 agent 跟和环境互动的 agent 是同一个，是on-policy(同策略)

• 要学习的 agent 跟和环境互动的 agent 不是同一个，是off-policy(异策略)

on-policy 与 off-policy值函数：

• on-policy与off-policy区别是：更新值函数时是否只使用当前策略所产生的样本.

先来看看on-policy值函数演算为off-policy的公式推导：

（1）on-policy的梯度为：

on-policy的训练策略是actor用当前policy跟环境交互采样数据data，即为

，然后用这些数据根据梯度公式进行更新policy参数，

从上面梯度公式，拿去跟环境做互动的policy（蓝色下划线）和要更新参数的policy是同一个。然而，一旦policy更新参数后，这时两个policy是不一样了，之前采样数据data则不能继续使用了，需要重新再采样数据，这样效率很低。

因此，off-policy就应运而生，目的是re-use采样数据。 on-policy→off-policy的目的是为提高数据利用效率。

（2）重要性采样

假设期望公式：

然而，此时我们只能从 q(x) 分布中采样 xi，其中 q(x) 为任何一种分布。

这时期望公式可以写成：

这时就转换为从q(x)分布去采样x来求期望。

实际操作中，p分布和q分布还是不能差太多，否则会导致一些问题出现。这是因为期望相等，方差Variance不一定相等，公式推导如下：

（3）off-policy的梯度

根据重要性采样的期望公式，on-policy梯度可以转换成以下的梯度公式

从on-policy梯度和off-policy梯度对比，很明显的是off-policy跟环境互动的是 θ‘ ，而不是θ，θ‘ 采样出来的数据与待更新的θ没有关系。

因而，可以实现θ’与环境互动产生大量数据以后，θ可以训练并更新很多次。待训练到一定程度后，θ‘=θ，θ’重新跟环境互动。

off-policy的目标函数

Aθ(st, at)是Accumulated Reward 减去 bias，用来估测动作的相对好坏，如果正就增加动作几率，如果负，就减少几率。

这里有个假设，pθ(st)和pθ′(st)分布是差不多的，比值接近1，可以略去。其中还有另外的原因是算不出来的。

off-policy 到 PPO

前面的假设是pθ与pθ′分布不能差太多，否则结果会不准确。那么，如何避免差太多，就是在训练的时候，多加了一个限制条件。这个限制条件就是θ和θ＇这两个model 输出action的KL散度。这就是PPO。

KL 散度并不是θ和θ‘参数的距离，而是行为上的距离，即给同一个state的时候，action几率分布之间的差距。

可以对整到InstructGPT RLHF的PPO训练目标函数：

PPO训练流程：

Reference

[1] 【李宏毅】2020 最新强化学习课程 (完整版) - 5_哔哩哔哩_bilibili

[2] 李宏毅深度强化学习(国语)课程(2018) 笔记（二）Proximal Policy Optimization（PPO）_ppo 李宏毅_Interesting AI的博客-CSDN博客