• 迷宫_随机实验_边做边学深度强化学习:PyTorch程序设计实践(1)


    0、相关文章

    迷宫_Sarsa算法_边做边学深度强化学习:PyTorch程序设计实践(2)

    1、导入所使用的包

    # 导入所使用的包
    import numpy as np
    import matplotlib.pyplot as plt
    
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    2、 定义迷宫

    fig = plt.figure(figsize=(5, 5))
    ax = plt.gca()
    
    # 画出红色的墙壁
    plt.plot([1, 1], [0, 1], color='red', linewidth=2)
    plt.plot([1, 2], [2, 2], color='red', linewidth=2)
    plt.plot([2, 2], [2, 1], color='red', linewidth=2)
    plt.plot([2, 3], [1, 1], color='red', linewidth=2)
    
    # 画出表示状态的文字S0-S8
    plt.text(0.5, 2.5, 'S0', size=14, ha='center')
    plt.text(1.5, 2.5, 'S1', size=14, ha='center')
    plt.text(2.5, 2.5, 'S2', size=14, ha='center')
    plt.text(0.5, 1.5, 'S3', size=14, ha='center')
    plt.text(1.5, 1.5, 'S4', size=14, ha='center')
    plt.text(2.5, 1.5, 'S5', size=14, ha='center')
    plt.text(0.5, 0.5, 'S6', size=14, ha='center')
    plt.text(1.5, 0.5, 'S7', size=14, ha='center')
    plt.text(2.5, 0.5, 'S8', size=14, ha='center')
    plt.text(0.5, 2.3, 'START', ha='center')
    plt.text(2.5, 0.3, 'GOAL', ha='center')
    
    # 设定画图的范围
    ax.set_xlim(0, 3)
    ax.set_ylim(0, 3)
    ax.set_title("Random")
    plt.tick_params(axis='both', which='both', bottom='off', top='off',
                    labelbottom='off', right='off', left='off', labelleft='off')
    
    # 当前位置S0用绿色圆圈画出
    line, = ax.plot([0.5], [2.5], marker="o", color='g', markersize=60)
    
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    3、定义迷宫动作

    # 设定参数θ的初始值theta_0,用于确定初始方案
    
    # 行为状态0~7,列为用↑、→、↓、←表示的移动方向
    theta_0 = np.array([[np.nan, 1, 1, np.nan],  # s0
                        [np.nan, 1, np.nan, 1],  # s1
                        [np.nan, np.nan, 1, 1],  # s2
                        [1, 1, 1, np.nan],  # s3
                        [np.nan, np.nan, 1, 1],  # s4
                        [1, np.nan, np.nan, np.nan],  # s5
                        [1, np.nan, np.nan, np.nan],  # s6
                        [1, 1, np.nan, np.nan],  # s7、※s8是目标,无策略
                        ])
    
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    效果:
    迷宫随机实验

    4、策略参数θ转换为行动策略π

    def simple_convert_into_pi_from_theta(theta):
        '''简单计算百分比'''
    
        [m, n] = theta.shape  # 获取theta矩阵大小
        pi = np.zeros((m, n))
        for i in range(0, m):
            pi[i, :] = theta[i, :] / np.nansum(theta[i, :])  # 计算百分比
    
        pi = np.nan_to_num(pi)  # 将nan转换为0
    
        return pi
    
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    5、定义随机移动函数

    # 1步移动后求得状态s
    def get_next_s(pi, s):
        direction = ["up", "right", "down", "left"]
        
        # 根据概率pi[s,:]选择direction
        next_direction = np.random.choice(direction, p=pi[s, :])
    
        # 移动后切换状态
        if next_direction == "up":
            s_next = s - 3 
        elif next_direction == "right":
            s_next = s + 1  
        elif next_direction == "down":
            s_next = s + 3  
        elif next_direction == "left":
            s_next = s - 1  
    
        return s_next
    
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    6、定义使智能体移动到目标的函数

    def goal_maze(pi):
        s = 0  # 开始地点
        state_history = [0]  # 记录智能体移动轨迹的列表
    
        while (1):  # 循环,直至到达目标
            next_s = get_next_s(pi, s)
            state_history.append(next_s)
    
            if next_s == 8:  # 到达目标地点则终止
                for i in range(0,10):
                    state_history.append(next_s)
                break
            else:
                s = next_s
    
        return state_history
    
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    7、智能体移动到目标

    # 求初始策略π
    pi_0 = simple_convert_into_pi_from_theta(theta_0)
    state_history = goal_maze(pi_0)
    print(state_history)
    print("求解迷宫问题所需要的步数是:" + str(len(state_history) - 1))
    
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    8、运行路径可视化

    # 参考URL http://louistiao.me/posts/notebooks/embedding-matplotlib-animations-in-jupyter-notebooks/
    from matplotlib import animation
    from IPython.display import HTML
    
    def init():
        '''初始化背景图像'''
        line.set_data([], [])
        return (line,)
    
    def animate(i):
        '''每一帧的画面内容'''
        state = state_history[i]  # 画出当前的位置
        x = (state % 3) + 0.5  # 状态的x坐标为状态数除以3的余数加0.5
        y = 2.5 - int(state / 3)  # 状态y坐标为2.5减去状态数除以3的商
        line.set_data(x, y)
        return (line,)
    
    # 用初始化函数和绘图函数来生成动画
    anim = animation.FuncAnimation(fig, animate, init_func=init, frames=len(
        state_history), interval=200, repeat=False)
    
    anim.save('result/maze_Random.gif',writer='pillow')
    HTML(anim.to_jshtml())
    
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    9、最终结果

    运行结果

    请添加图片描述

    10、代码下载

    跳转到下载地址

    10、参考资料

    [1]边做边学深度强化学习:PyTorch程序设计实践

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/qq_34206137/article/details/126660901