DDPG策略更新细节解释

DDPG算法原理

DDPG采用了AC框架,与普通AC不同的是,DDPG的actor采用的是确定性策略梯度下降法得出确定的行为,而不是行为概率分布,而critic则引用了DQN的经历回放策略,使RL学习收敛更快。

DDPG的组成

离线策略学习,与DQN类似,有target网络(拷贝),则actor和critic共4个网络:
critic_target_net
critic_eval_net
actor_target_net
actor_eval_net

1) critic_eval_net参数更新

依据TD_error更新:
在这里插入图片描述
critic_target_net输入包括:下一个状态s_t+1和来自actor_target_net的动作输出值
μ(s_t+1);
critic_eval_net输入包括当前状态s_t和由actor_eval_net给出的行为

2) actor_eval_net参数更新

依据确定性策略梯度上升更新:
在这里插入图片描述
基本思想:critic告诉actor,做这个行为a的话,梯度比较大,所以你的参数朝着这个行为梯度方向更新准没错;因此梯度因子中包括行为值函数对行为的梯度和行为策略对参数的梯度。

actor_eval_net输入包括:当前状态s_t
actor_target_net输入包括:下一状态s_t+1

具体更新时包括两个部分:actor_eval_net输出的当前状态s_t下的行为a对actor_eval_net参数的梯度;critic_eval_net输出的Q(s_t,a_t)对行为a的梯度

### 基于DDPG算法的能量管理策略实现与优化 深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient, DDPG)是一种结合了深度学习和强化学习的方法,适用于连续动作空间中的控制问题。它通过利用Actor-Critic架构来解决复杂的能量管理系统问题[^3]。 #### DDPG的核心原理 DDPG由两个主要部分组成:Actor网络和Critic网络。 - **Actor网络**负责生成最优的动作策略,即给定状态 \( s \),输出对应的最佳动作 \( a \)[^3]。 - **Critic网络**用于评估Actor网络所采取的动作的质量,并提供反馈信号以更新Actor网络参数[^4]。 为了提高训练稳定性并防止过拟合,通常会引入经验回放机制以及目标网络的概念。这些技术能够使模型更加鲁棒地处理复杂环境下的动态变化过程[^5]。 #### 能量管理系统的建模 在构建基于DDPG的能量管理策略时,可以将整个系统视为一个马尔可夫决策过程(MDP)。具体来说: - 状态变量可能包括电池电量水平、当前负载需求、发电设备功率输出等信息; - 动作则定义为调节各子系统之间能量分配比例或者调整某些特定组件的工作模式; - 奖励函数设计需综合考虑效率最大化、成本最小化等多个因素的影响[^6]。 以下是使用Python实现的一个简化版DDPG框架: ```python import numpy as np import tensorflow as tf class Actor(tf.keras.Model): def __init__(self, action_dim): super(Actor, self).__init__() self.fc1 = tf.keras.layers.Dense(256, activation='relu') self.fc2 = tf.keras.layers.Dense(action_dim, activation='tanh') def call(self, state): x = self.fc1(state) return self.fc2(x) class Critic(tf.keras.Model): def __init__(self): super(Critic, self).__init__() self.state_layer = tf.keras.layers.Dense(256, activation="relu") self.action_layer = tf.keras.layers.Dense(256, activation="relu") self.output_layer = tf.keras.layers.Dense(1) def call(self, inputs): state, action = inputs state_output = self.state_layer(state) action_output = self.action_layer(action) combined = tf.concat([state_output, action_output], axis=-1) output = self.output_layer(combined) return output def train(actor, critic, replay_buffer, batch_size=64): states, actions, rewards, next_states, dones = replay_buffer.sample(batch_size) with tf.GradientTape() as tape: target_actions = actor(next_states) y = rewards + (1-dones)*0.99*critic((next_states,target_actions)) predicted_q_values = critic((states,actions)) loss_critic = tf.reduce_mean(tf.square(y-predicted_q_values)) gradients_of_critic = tape.gradient(loss_critic,critic.trainable_variables) optimizer.apply_gradients(zip(gradients_of_critic,critic.trainable_variables)) with tf.GradientTape() as tape: new_actions = actor(states) q_value_new_policy = critic((states,new_actions)) policy_loss = -tf.reduce_mean(q_value_new_policy) gradients_of_actor = tape.gradient(policy_loss,actor.trainable_variables) optimizer.apply_gradients(zip(gradients_of_actor,actor.trainable_variables)) ``` 上述代码展示了如何创建基本的Actor和Critic神经网络结构,并提供了简单的训练逻辑。实际应用中还需要进一步完善细节,比如加入噪声探索策略、设置合适的学习率以及其他超参数调优等工作[^7]。 ---
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