MDQN¶
概述¶
MDQN 是在 Munchausen Reinforcement Learning 中提出的。 作者将这种通用方法称为 “Munchausen Reinforcement Learning” (M-RL), 以纪念 Raspe 的《吹牛大王历险记》中的一段著名描写, 即 Baron 通过拉自己的头发从沼泽中脱身的情节。 从实际使用的角度来看, MDQN 和 DQN 之间的关键区别是 Soft-DQN (传统 DQN 算法的扩展)的即时奖励中添加了一个缩放的 log-policy 。
核心要点¶
1。 MDQN 是一种 无模型 (model-free) 且 基于值函数 (value-based) 的强化学习算法。
2。 MDQN 只支持 离散 (discrete) 动作空间。
3。 MDQN 是一个 异策略 (off-policy) 算法。
4。 MDQN 使用 epsilon贪心 (eps-greedy) 来做探索 (exploration)。
5。 MDQN 增加了 动作间隔 (action gap) , 并具有隐式的 KL正则化 (KL regularization) 。
关键方程或关键框图¶
MDQN 中使用的目标 Q 值 (target Q value) 是:
我们使用以下公式计算 log-policy 的值: \(\alpha \tau \ln \pi_{\bar{\theta}}\left(a_t \mid s_t\right)\)
其中 \(q_k\) 在我们的代码中表示为 target_q_current 。 对于最大熵部分 \(\tau \ln \pi_{\bar{\theta}}\left(a^{\prime} \mid s_{t+1}\right)\) 我们使用相同的公式进行计算,其中 \(q_{k+1}\) 在我们的代码中表示为 target_q 。
我们将 \(\tau \ln \pi(a \mid s)\) 替换为 \([\tau \ln \pi(a \mid s)]_{l_0}^0`\) 因为对数策略项 (log-policy term) 是无界的, 如果策略变得过于接近确定性策略 (deterministic policy) ,可能会导致数值性问题 (numerical issues) 。
同时还将 \(\pi_{\bar{\theta}}\left(a^{\prime} \mid s_{t+1}\right)\) 替换为 \(softmax(q-v)\) ,因为这是在官方实现中使用的方法,但他们并未在论文中提及。
我们使用上述改动后的配置在 asterix 进行测试,得到了与原论文相同的结果, 即MDQN可以增加动作间隙 (action gap) 。
伪代码¶
扩展¶
TBD
实现¶
MDQNPolicy 的默认配置如下:
MDQN 使用的 TD error 接口定义如下:
实验 Benchmark¶
environment |
best mean reward |
evaluation results |
config link |
comparison |
---|---|---|---|---|
Asterix
(Asterix-v0)
|
8963 |
sdqn(3513) paper(1718) dqn(3444)
|
||
SpaceInvaders
(SpaceInvaders-v0)
|
2211 |
sdqn(1804) paper(2045) dqn(1228)
|
||
Enduro
(Enduro-v4)
|
1003 |
sdqn(986.1) paper(1171) dqn(986.4)
|
我们的配置和论文中的配置的主要区别如下:
我们收集了100个样本,进行了十次训练。而在原论文中,收集了4个样本,进行了一次训练。
我们每500个迭代更新一次目标网络 (target network) ,而原论文每2000个迭代更新一次目标网络。
我们用于探索的epsilon从1逐渐下降到0.05,而原论文的epsilon是从0.01到0.001。
P.S.:
以上结果是在 seed 0 上运行同样配置得到的。
对于像DQN这样的离散动作空间算法, 一般采用Atari环境集来进行测试, Atari 环境一般通过10M
env_step
的最高均值奖励(highest mean reward)训练来评估。关于Atari环境的更多细节请参考: Atari 环境教程
参考文献¶
Vieillard, Nino, Olivier Pietquin, and Matthieu Geist. “Munchausen reinforcement learning.” Advances in Neural Information Processing Systems 33 (2020): 4235-4246.