强化学习中的Q值和V值学习笔记

Q值和V值

V值代表的是当前这个状态所能获得的奖励,之前一直不理解,今天读了一篇文章搞懂了,什么是V值呢,大白话来讲就是从当前状态出发,会面临多个动作的选择,我们每选一个动作,会进入新的状态,这样就好比一棵超多分支的多叉树,我们需要从当前这个状态出发,把每一条路都走一遍,然后记走这一条路获得的奖励,然后求所有路的均值。这样一来,如果V(s)的值非常小,我们就知道到了这个状态以后很难获得高奖励,所以就避免进入这个状态,或者最好进入比这个V值更大的状态。但是,这个V值是跟策略有关的,例如不同的策略下,选择不同动作的概率不一样,我们求平均值的时候就得算加权平均,这样V值就会受策略的影响了。

Q值和V值很类似,都是把所有可能走一遍,求获得的奖励的加权平均值。Q值是在当前状态下选取某个动作可能获得的奖励。Q值和策略没有直接相关,而是与环境的转移概率有关。
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V值和Q值的关系:一个状态的V值,就是这个状态下所有动作的Q值,在当前策略下的期望。

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V值 = 累加(求期望) {每个动作的概率 * 该动作Q值 }

选择了一个动作之后,会进入新的状态,并获得奖励。Q值的获得和进入的下一个状态有关,所以Q值可以通过V来计算

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Q值=当前动作获得的奖励+折扣率*期望(累加){状态转移概率*下一状态V值} 图片标反了

但我们平时更多用到的是状态到状态,也就是V到V的计算。

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将Q值的计算替代到V值的计算中即可
其实就是贝尔曼公式嘛,这下总算看明白了。

这个知识点是从知乎看明白的,把原地址贴上来,欢迎交流!

如何理解强化学习中的Q值和V值? - 张斯俊的文章 - 知乎
https://zhuanlan.zhihu.com/p/109498587

### 可能的原因分析 在强化学习模型训练的过程中,如果程序在输出完成之后卡住,可能有以下几个原因: 1. **数据流阻塞** 如果训练过程中的数据管道未被正确关闭或者存在死锁情况,则可能导致程序无法继续执行。这通常发生在多线程或多进程环境中[^1]。 2. **损失函数计算异常** 当切换到均方误差(MSE)作为损失函数时,可能存在数值不稳定的情况,例如梯度爆炸或消失现象。这种情况下,虽然不会立即报错,但可能会导致训练停滞不前。 3. **资源耗尽** 训练过程中内存不足或其他硬件资源耗尽也可能引发此类问题。尤其是在处理大规模数据集或复杂网络结构时更为常见。 4. **代码逻辑错误** `reinforcement_value_trainer.py` 和 `supervised_policy_trainer.py` 的差异部分如果没有仔细调整,比如循环条件设置不当、文件句柄未关闭等问题,都可能导致程序挂起。 --- ### 解决方案建议 #### 1. 检查数据加载器 确认数据加载器是否正常工作并已完全释放资源。可以尝试手动终止迭代器来验证是否存在阻塞行为: ```python try: for batch in dataloader: pass # Simulate no-op processing except Exception as e: print(f"Error during iteration: {e}") finally: del dataloader # Ensure resource cleanup ``` #### 2. 调试损失函数实现 确保 MSE 损失函数的实现无误,并监控其返回值范围是否合理。以下是标准 PyTorch 实现方式供参考: ```python import torch.nn.functional as F def compute_loss(predictions, targets): return F.mse_loss(predictions, targets.float()) # Ensure type consistency ``` 注意目标标签应转换为浮点数类型以匹配预测张量的数据格式。 #### 3. 增加日志记录 通过增加详细的日志信息定位具体卡顿位置。例如,在关键环节打印时间戳和变量状态: ```python import time print(f"[{time.strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')}] Starting epoch {epoch}...") for i, (inputs, labels) in enumerate(dataloader): start_time = time.time() outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, labels) optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() elapsed = time.time() - start_time print(f"Iteration {i}: Loss={loss.item()}, Time taken={elapsed:.2f}s") ``` #### 4. 验证环境配置 排查是否有 GPU/CPU 设备分配冲突或驱动版本兼容性问题。运行以下命令检测当前设备状况: ```bash nvidia-smi # For NVIDIA GPUs torch.cuda.is_available() # In Python script ``` --- ### 总结 上述方法涵盖了从基础架构到高级调试技巧的不同层面解决方案。实际操作中可根据具体情况逐一排除潜在隐患直至恢复正常流程。
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