增强学习笔记 第六章 TD方法

Posted 2020-10-09 米老虎M

TD是一个结合DP和MC之间的方法。TD不需要环境模型，但是又可以bootstrap。

6.1 TD预测

典型的TD(0)预测方程：

看第三章关于状态价值的等式：

MC用的是第一行，它之所以为估计，因为不知道$G_t$的期望值，而使用的采样来做的平均。

DP用的是最后一行，它之所以为估计，是因为不知道$v_{\\pi}(S_{t+1})$，是通过迭代方式不断更新的。

而TD则是两者的结合，它通过采样来获得$R_{t+1}$，通过迭代来获取$v_{\\pi}(S_{t+1})$

6.2 TD方法的优点

相对于DP，TD不需要模型，相对于MC，TD是一种在线算法。同时TD通常比MC收敛更快。

6.3 TD(0)的最优化

MC收敛到最小均方

TD收敛到马尔科夫过程的最大似然，但是TD接近最小均方的效率也比MC要好。

 

6.4 Sarsa：On-Policy TD控制

我们这是使用action value

 

 6.5 Q学习：Off-Policy TD控制

把上面的式子作修改：

 

之所以称为off-policy，是因为红框处的a的选取是根据最大值，而不是由当前策略决定的。

 6.6 期望Sarsa

我们对Sarsa的迭代式作另外一种修改：

三者在Cliff Walking问题上的表现差异：

Expected Sarsa也是一种在线算法，因为它是根据当前策略来定的下一个A，只是做了平均。当然也可以修改成一个off-line的算法，例如用一对policy的方式。

 

三种方法非常类似，唯一区别就是在估算过程中选择下一个action的方式。

 

6.7 最大化偏差和成对学习

上面三种方法都存在最大化偏差问题：

 

根据上面这个式子，对初始点$S_t=A$来说，当$A_t=left$时，红框中的数值通常大于零。但是实际上均值是-0.1。对Sarsa，Expected Sarsa也是如此。

观察上面的曲线，一开始会偏差很远，之后渐进到最佳值，依然还是有偏差。

这个问题并不会导致算法失败，但是会导致收敛较慢较差。

 

造成问题的原因是：我们用了同一个序列来做选择动作和评估，解决问题的方法使用：double Q-learning，建立两个Q函数。

 

 6.8 案例（略）