MDPs(馬爾可夫決策過程)

本文來自:
https://blog.csdn.net/DeepOscar/article/details/81036635
本著學(xué)習(xí)的態(tài)度身冀,自己打一遍已增強理解和記憶

1. 馬爾可夫決策過程

馬爾可夫決策過程是對強化學(xué)習(xí)問題的數(shù)學(xué)描述钝尸,幾乎所有的RL問題都可以用MDPs來描述。


強化學(xué)習(xí)的表述符號

2. 馬爾可夫性

【我的理解】類似于條件獨立
定義:如果在t時刻的狀態(tài)St滿足下列等式搂根,那么這個狀態(tài)被稱為馬爾可夫狀態(tài)珍促,或者說該狀態(tài)滿足馬爾可夫性。


狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式

馬爾可夫性要點:

  • 狀態(tài)St包含了所有歷史相關(guān)信息剩愧,或者說所有的歷史相關(guān)信息都可以通過狀態(tài)St展現(xiàn)出來
  • 一旦St知道了猪叙,狀態(tài)S1, S2, ..., St-1都可以被拋棄

有了馬爾可夫性后:

  • 可以定義狀態(tài)轉(zhuǎn)義矩陣
  • 忽略時間影響,只關(guān)心當(dāng)前狀態(tài)做出的下一步影響

3. 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣

定義:狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率是指馬爾可夫狀態(tài)S跳轉(zhuǎn)到后續(xù)狀態(tài)S`的概率。


image.png

所有的狀態(tài)組成行穴翩,所有的后繼狀態(tài)組成列犬第,將得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣:


狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣

其中,n表示狀態(tài)的個數(shù)芒帕,由于P代表了整個狀態(tài)轉(zhuǎn)移的集合歉嗓,所以用個花體。每行元素相加等于1背蟆。

我們也可以將狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率寫成函數(shù)的形式:
狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣函數(shù)形式

其中
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鉴分,狀態(tài)數(shù)量太多或者是無窮大(連續(xù)狀態(tài))時,更適合用狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)带膀,此時志珍,
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4. 馬爾可夫過程

一個馬爾可夫過程(MP)是一個無記憶的隨機過程垛叨,即一些馬爾可夫狀態(tài)的序列伦糯。馬爾可夫過程可由一個二元組來定義<S,P>,S表示了狀態(tài)集合嗽元,P表示了狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣舔株。由于馬爾科夫過程可以用圖中的方塊和線條組成,所以可以稱馬爾科夫過程為馬爾科夫鏈(MDPs chain)还棱。

舉個栗子:

一個學(xué)生每天需要學(xué)習(xí)三個科目载慈,然后通過測試。不過也有可能只學(xué)完兩個科目之后直接睡覺珍手,一旦掛科有可能需要重新學(xué)習(xí)某些科目办铡。用橢圓表示普通狀態(tài),每一條線上的數(shù)字表示從一個狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到另一個狀態(tài)琳要。方塊表示終止?fàn)顟B(tài)寡具。終止?fàn)顟B(tài)有兩種:1是時間終止,2是狀態(tài)終止稚补。


image.png

5. 片段

片段定義:強化學(xué)習(xí)中童叠,從初始狀態(tài)S1到終止?fàn)顟B(tài)的序列過程,被稱為一個片段(episode)课幕,S1, S2厦坛,... ,ST

如果一個任務(wù)總以終止?fàn)顟B(tài)結(jié)束乍惊,那么這個任務(wù)被稱為片段任務(wù)杜秸;
如果一個任務(wù)沒有終止?fàn)顟B(tài),會被無限執(zhí)行下去润绎,這被稱為連續(xù)性任務(wù)撬碟。

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  1. 馬爾可夫獎勵過程(MRP)
    馬爾可夫過程主要描述的狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移關(guān)系诞挨,在這個轉(zhuǎn)移關(guān)系上賦予不同的獎勵值即得到馬爾可夫獎勵過程。
    定義:馬爾可夫獎勵 (Markov Reward Process, MRP) 過程由一個四元組組成 ?S, P,R, γ?呢蛤。
  • S 代表了狀態(tài)的集合

  • P 描述了狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩
  • R 表示獎勵函數(shù)惶傻,R(s) 描述了在狀態(tài) s 的期望獎勵,
  • γ 表示衰減因子其障,γ ∈ [0, 1]

馬爾可夫獎勵過程例子
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