【强化学习】基于Qlearning强化学习的智能小车避障测试,带GUI界面

目录

1.算法概述

2.仿真效果

3.MATLAB仿真源码


1.算法概述

      假设我们的行为准则已经学习好了, 现在我们处于状态s1, 我在写作业, 我有两个行为 a1, a2, 分别是看电视和写作业, 根据我的经验, 在这种 s1 状态下, a2 写作业 带来的潜在奖励要比 a1 看电视高, 这里的潜在奖励我们可以用一个有关于 s 和 a 的 Q 表格代替, 在我的记忆Q表格中, Q(s1, a1)=-2 要小于 Q(s1, a2)=1, 所以我们判断要选择 a2 作为下一个行为. 现在我们的状态更新成 s2 , 我们还是有两个同样的选择, 重复上面的过程, 在行为准则Q 表中寻找 Q(s2, a1) Q(s2, a2) 的值, 并比较他们的大小, 选取较大的一个. 接着根据 a2 我们到达 s3 并在此重复上面的决策过程. Q learning 的方法也就是这样决策的. 看完决策, 我看在来研究一下这张行为准则 Q 表是通过什么样的方式更改, 提升的.机器学习算法可以分为3种:有监督学习(Supervised Learning)、无监督学习(Unsupervised Learning)和强化学习(Reinforcement Learning),如下图所示:

有监督学习、无监督学习、强化学习具有不同的特点:

       有监督学习是有一个label(标记)的,这个label告诉算法什么样的输入对应着什么样的输出,常见的算法是分类、回归等;
无监督学习则是没有label(标记

基于强化学习 Q Learning 的路径规划 Matlab 仿真 因此,在学习过程中,需要计算当前状态下所有可能行动的 Q 值,并选择具有最大 Q 值的行动作为当前的行动。同时,我们还需要将所获得的奖励信息更新到 Q 值函数中,以便下一次的学习。当然,在实际应用中,我们还需要考虑更多实际场景中的因素,例如传感器的精度等等。在一个环境中,智能体会根据它采取的行动得到一个奖励或惩罚,以便学习出如何做到最优的行动策略。在仿真过程中,我们可以看到智能体是如何在迷宫中移动,并最终找到到达终点的最短路径的。同时,我们需要将获得的奖励信息更新到 Q 值函数中,以便下一次的学习。 阅读详情

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Qlearning强化学习路线规划仿真,带GUI界面 matlab实现

在路径规划中,我们可以将机器人在环境地图中移动的过程视为一个 Markov 决策过程 (MDP),其中每个状态表示机器人的位置,每个行动表示移动一个格子,每个奖励表示到达目标点的距离。因此,我们可以通过 Q-learning 算法来寻找一条最优的路径,从而实现机器人的自主导航。在算法的每个迭代步骤中,我们将机器人所在的位置标记在地图上,并将更新后的路径显示在界面上。在实际应用中,还需要考虑更复杂的环境地图和更高效的算法实现,以提高路径规划的准确性和效率性。在算法初始化阶段,我们随机初始化 Q 函数的值。

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基于强化学习Q-Learning实现栅格地图的路径规划附Matlab代码

一般来说,我们可以将终点设置为目标状态,每次从当前状态转移到下一个状态时,如果下一个状态是目标状态,则我们给予一个正的奖励,否则给予一个负的奖励。在强化学习中,智能体针对当前的状态执行一个动作,然后观察环境的反馈信息(奖励)。如果采用强化学习的思路,我们可以将起点、终点和障碍物等元素都抽象为环境中的状态,每一个状态可以对应一个动作(例如上、下、左、右等),并根据当前状态所采取的动作转移到下一个状态。在代码实现过程中,我们需要定义状态空间、动作空间和奖励函数,并使用Q表来维护不同状态下的最优决策。

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基于MATLAB的强化学习Q-Learning栅格地图路径规划

然后,我们使用Q-Learning的更新规则来更新Q值函数。更新规则使用当前状态、动作和下一个状态的Q值,以及奖励和折扣因子。Q-Learning是强化学习中的一种基于值函数的方法,用于学习动作值函数Q。我们从起点开始,并根据具有最大Q值的动作移动到下一个状态,直到达到目标点。在上述代码中,我们首先初始化一个大小为M×N×4的矩阵Q,用于存储每个状态-动作对的Q值。在每个时间步骤t,智能体根据当前状态选择动作,并观察到下一个状态和相应的奖励。在我们的问题中,状态空间表示智能体在栅格地图中的位置。

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B. Palm", title = "Prediction as a candidate for learning deep hierarchical models of data", year = "2012",}```Contact: rasmusbergpalm at gmail dot comDirectories included in the toolbox-----------------------------------`NN/` - A library for Feedforward Backpropagation Neural Networks`CNN/` - A library for Convolutional Neural Networks`DBN/` - A library for Deep Belief Networks`SAE/` - A library for Stacked Auto-Encoders`CAE/` - A library for Convolutional Auto-Encoders`util/` - Utility functions used by the libraries`data/` - Data used by the examples`tests/` - unit tests to verify toolbox is workingFor references on each library check REFS.mdSetup-----1. Download.2. addpath(genpath('DeepLearnToolbox'));Example: Deep Belief Network---------------------```matlabfunction test_example_DBNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit RBM and visualize its weightsrand('state',0)dbn.sizes = [100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);figure; visualize(dbn.rbm{1}.W'); % Visualize the RBM weights%% ex2 train a 100-100 hidden unit DBN and use its weights to initialize a NNrand('state',0)%train dbndbn.sizes = [100 100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);%unfold dbn to nnnn = dbnunfoldtonn(dbn, 10);nn.activation_function = 'sigm';%train nnopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.10, 'Too big error');```Example: Stacked Auto-Encoders---------------------```matlabfunction test_example_SAEload mnist_uint8;train_x = double(train_x)/255;test_x = double(test_x)/255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit SDAE and use it to initialize a FFNN% Setup and train a stacked denoising autoencoder (SDAE)rand('state',0)sae = saesetup([784 100]);sae.ae{1}.activation_function = 'sigm';sae.ae{1}.learningRate = 1;sae.ae{1}.inputZeroMaskedFraction = 0.5;opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;sae = saetrain(sae, train_x, opts);visualize(sae.ae{1}.W{1}(:,2:end)')% Use the SDAE to initialize a FFNNnn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm';nn.learningRate = 1;nn.W{1} = sae.ae{1}.W{1};% Train the FFNNopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.16, 'Too big error');```Example: Convolutional Neural Nets---------------------```matlabfunction test_example_CNNload mnist_uint8;train_x = double(reshape(train_x',28,28,60000))/255;test_x = double(reshape(test_x',28,28,10000))/255;train_y = double(train_y');test_y = double(test_y');%% ex1 Train a 6c-2s-12c-2s Convolutional neural network %will run 1 epoch in about 200 second and get around 11% error. %With 100 epochs you'll get around 1.2% errorrand('state',0)cnn.layers = { struct('type', 'i') %input layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 6, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %sub sampling layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 12, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %subsampling layer};cnn = cnnsetup(cnn, train_x, train_y);opts.alpha = 1;opts.batchsize = 50;opts.numepochs = 1;cnn = cnntrain(cnn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = cnntest(cnn, test_x, test_y);%plot mean squared errorfigure; plot(cnn.rL);assert(er<0.12, 'Too big error');```Example: Neural Networks---------------------```matlabfunction test_example_NNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);% normalize[train_x, mu, sigma] = zscore(train_x);test_x = normalize(test_x, mu, sigma);%% ex1 vanilla neural netrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samples[nn, L] = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.08, 'Too big error');%% ex2 neural net with L2 weight decayrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.weightPenaltyL2 = 1e-4; % L2 weight decayopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex3 neural net with dropoutrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.dropoutFraction = 0.5; % Dropout fraction opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex4 neural net with sigmoid activation functionrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm'; % Sigmoid activation functionnn.learningRate = 1; % Sigm require a lower learning rateopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex5 plotting functionalityrand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]);opts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through datann.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex6 neural net with sigmoid activation and plotting of validation and training error% split training data into training and validation datavx = train_x(1:10000,:);tx = train_x(10001:end,:);vy = train_y(1:10000,:);ty = train_y(10001:end,:);rand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]); nn.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, tx, ty, opts, vx, vy); % nntrain takes validation set as last two arguments (optionally)[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');```[![Bitdeli Badge](https://d2weczhvl823v0.cloudfront.net/rasmusbergpalm/deeplearntoolbox/trend.png)](https://bitdeli.com/free "Bitdeli Badge")

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