強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法？A3C利用并行計(jì)算的威力，通過Worker網(wǎng)絡(luò)并行執(zhí)行A2C，主網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)參數(shù)同步和梯度聚合。這樣，就像鳴人利用影分身修煉，A3C顯著提升了學(xué)習(xí)效率。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的世界精彩紛呈，這些算法不僅理論深厚，實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用也極其廣泛。繼續(xù)你的學(xué)習(xí)之旅，實(shí)戰(zhàn)深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)，一步步提升你的AI技能！推薦閱讀系列，那么，強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法？一起來了解一下吧。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)的魅力在于探索與回報(bào)的巧妙平衡，SAC算法正是以這樣的理念為核心。它的目標(biāo)，正如它的名字所示，是最大化策略的回報(bào)同時(shí)保持策略的熵（也被稱為溫度）處于理想狀態(tài)。這個(gè)平衡通過一個(gè)調(diào)整參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，它賦予熵以權(quán)重，強(qiáng)調(diào)探索與穩(wěn)定性的雙重追求。
SAC算法的獨(dú)特之處在于它采用軟更新策略。兩個(gè)critic網(wǎng)絡(luò)被更新，選擇給出更小Q值的那個(gè)，這類似于TD3的策略。而演員網(wǎng)絡(luò)則巧妙地通過熵約束來引導(dǎo)學(xué)習(xí)，確保動作的不確定性與確定性之間的動態(tài)平衡。
在SAC中，動作熵的概念至關(guān)重要。對于輸入的狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)不僅輸出動作，還包含動作的對數(shù)概率。負(fù)熵代表不確定性，越大代表動作越不可預(yù)測，反之，低熵則表示高確定性。在算法的訓(xùn)練目標(biāo)中，回報(bào)和熵被巧妙地結(jié)合，目標(biāo)是找到一個(gè)平衡點(diǎn)，既要追求最大的回報(bào)，又要保持適當(dāng)程度的探索。
具體到Q函數(shù)的更新，SAC類的calc_target方法是對經(jīng)典Q網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，引入了軟Q策略。V函數(shù)也加入了熵的考量，使得優(yōu)化過程更加全面。這個(gè)過程中，Q函數(shù)的貝爾曼方程與傳統(tǒng)形式類似，但融入了熵的權(quán)重。
接下來，策略網(wǎng)絡(luò)Policy的優(yōu)化目標(biāo)采用了KL散度，旨在使策略分布更接近Q函數(shù)指數(shù)分布的標(biāo)準(zhǔn)化形式。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)（Reinforcement Learning）是一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，通過智能體與環(huán)境的交互學(xué)習(xí)最佳行為策略。在強(qiáng)化學(xué)習(xí)中，智能體通過觀察環(huán)境的狀態(tài)，采取特定的動作，獲得環(huán)境的反饋（獎勵(lì)或懲罰），并逐漸優(yōu)化策略以最大化長期累計(jì)獎勵(lì)。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)的關(guān)鍵概念包括：
1. 狀態(tài)（State）：表示環(huán)境的某個(gè)特定時(shí)刻的情景。
2. 動作（Action）：智能體在某個(gè)狀態(tài)下可采取的行為。
3. 獎勵(lì)（Reward）：智能體采取某個(gè)動作后，基于當(dāng)前狀態(tài)獲得的反饋，可以是正面獎勵(lì)或負(fù)面獎勵(lì)。
4. 策略（Policy）：智能體在特定狀態(tài)下選擇行為的規(guī)則或決策。
5. 值函數(shù)（Value Function）：衡量智能體在某個(gè)狀態(tài)或狀態(tài)-動作對上的長期期望累計(jì)獎勵(lì)。
基于這些概念，強(qiáng)化學(xué)習(xí)的目標(biāo)是通過學(xué)習(xí)調(diào)整策略，使智能體在與環(huán)境交互的過程中，最大化累計(jì)獎勵(lì)。常見的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法包括Q-learning、Deep Q-network（DQN）、策略梯度（Policy Gradient）等。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)在許多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，包括機(jī)器人控制、游戲玩法優(yōu)化、自動駕駛和資源管理等。它不需要預(yù)先標(biāo)注的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，而是通過與環(huán)境的互動來進(jìn)行學(xué)習(xí)，適用于如何決策和規(guī)劃行為的問題。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)的三大法寶：AC、A2C、A3C，讓我們一起探索它們的原理與tensorflow實(shí)戰(zhàn)！跟隨李宏毅老師的步伐，深入理解AC算法，接著學(xué)習(xí)A2C和A3C的精髓，本文帶你領(lǐng)略這三個(gè)算法的奧秘與代碼實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
1. 從PG算法的起點(diǎn)：Actor-Critic (PG)基礎(chǔ)回顧
PG算法中，Actor是策略決策者，策略π表現(xiàn)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，參數(shù)θ決定著行動。每一步的交互產(chǎn)生獎勵(lì)r，累積為整個(gè)episode的總獎勵(lì)R。我們的目標(biāo)是優(yōu)化策略，使得期望獎勵(lì)最大化。通過策略梯度，我們計(jì)算網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的梯度并進(jìn)行迭代更新，形成一個(gè)數(shù)據(jù)采集-參數(shù)優(yōu)化-再采集的循環(huán)過程，但要注意策略更新后，舊數(shù)據(jù)的適用性將降低。
2. Actor-Critic的升級版：AC算法的策略與評估網(wǎng)絡(luò)融合
在PG的基礎(chǔ)上，引入Q函數(shù)并結(jié)合Critic網(wǎng)絡(luò)，形成Actor-Critic方法。Actor的梯度更新不再是簡單的期望獎勵(lì)，而是結(jié)合了Q函數(shù)估計(jì)。Critic則根據(jù)Q值的誤差調(diào)整，以優(yōu)化對狀態(tài)-動作價(jià)值的估計(jì)。
最早的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法是Q-learning算法，它在1989年由Watkins提出。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論受到行為主義心理學(xué)啟發(fā)，側(cè)重在線學(xué)習(xí)并試圖在探索-利用間保持平衡。不同于監(jiān)督學(xué)習(xí)和非監(jiān)督學(xué)習(xí)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)不要求預(yù)先給定任何數(shù)據(jù)，而是通過接收環(huán)境對動作的獎勵(lì)（反饋）獲得學(xué)習(xí)信息并更新模型參數(shù)。
基本模型和原理
強(qiáng)化學(xué)習(xí)是從動物學(xué)習(xí)、參數(shù)擾動自適應(yīng)控制等理論發(fā)展而來，其基本原理是：如果Agent的某個(gè)行為策略導(dǎo)致環(huán)境正的獎賞（強(qiáng)化信號），那么Agent以后產(chǎn)生這個(gè)行為策略的趨勢便會加強(qiáng)。Agent的目標(biāo)是在每個(gè)離散狀態(tài)發(fā)現(xiàn)最優(yōu)策略以使期望的折扣獎賞和最大。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)把學(xué)習(xí)看作試探評價(jià)過程，Agent選擇一個(gè)動作用于環(huán)境，環(huán)境接受該動作后狀態(tài)發(fā)生變化，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)化信號（獎或懲）反饋給Agent，Agent根據(jù)強(qiáng)化信號和環(huán)境當(dāng)前狀態(tài)再選擇下一個(gè)動作，選擇的原則是使受到正強(qiáng)化（獎）的概率增大。選擇的動作不僅影響立即強(qiáng)化值，而且影響環(huán)境下一時(shí)刻的狀態(tài)及最終的強(qiáng)化值。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)不同于連接主義學(xué)習(xí)中的監(jiān)督學(xué)習(xí)，主要表現(xiàn)在強(qiáng)化信號上，強(qiáng)化學(xué)習(xí)中由環(huán)境提供的強(qiáng)化信號是Agent對所產(chǎn)生動作的好壞作一種評價(jià)（通常為標(biāo)量信號），而不是告訴Agent如何去產(chǎn)生正確的動作。
強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法可以用于優(yōu)化投資組合，達(dá)到最大化收益和最小化風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)。以下是一些可能的步驟：
1.定義目標(biāo)函數(shù)：投資組合的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)包括收益和風(fēng)險(xiǎn)。通常，目標(biāo)函數(shù)應(yīng)該考慮投資組合中的各種資產(chǎn)類別，以及它們之間的權(quán)重和交易費(fèi)用。
2.確定狀態(tài)和行動：根據(jù)目標(biāo)函數(shù)，確定可能的狀態(tài)和行動。狀態(tài)可以是市場數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)或其他相關(guān)信息。行動可以是持有、買入或賣出某種資產(chǎn)。
3.設(shè)計(jì)獎勵(lì)函數(shù)：獎勵(lì)函數(shù)應(yīng)旨在鼓勵(lì)模型在目標(biāo)函數(shù)上表現(xiàn)良好。對于投資組合優(yōu)化，獎勵(lì)函數(shù)可以基于收益、風(fēng)險(xiǎn)或一些結(jié)合兩者的度量值。
4.訓(xùn)練模型：使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練模型，通過在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下進(jìn)行交互從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)。這涉及到處理大量的歷史數(shù)據(jù)，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)整行動。
5.回測和評估：最后，在未來的一段時(shí)間內(nèi)，對模型進(jìn)行回測和評估，以確定其實(shí)際運(yùn)行情況和性能表現(xiàn)。根據(jù)表現(xiàn)進(jìn)行模型優(yōu)化和改進(jìn)。
需要注意的是，投資組合優(yōu)化是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，不能簡單地依賴于任何一個(gè)單一的算法。因此，使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法優(yōu)化投資組合時(shí)，最好結(jié)合其他技術(shù)和方法，例如傳統(tǒng)的資產(chǎn)配置和多因子模型分析，以建立更具魯棒性和可靠性的投資組合。
以上就是強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的全部內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)習(xí)的魅力在于探索與回報(bào)的巧妙平衡，SAC算法正是以這樣的理念為核心。它的目標(biāo)，正如它的名字所示，是最大化策略的回報(bào)同時(shí)保持策略的熵（也被稱為溫度）處于理想狀態(tài)。這個(gè)平衡通過一個(gè)調(diào)整參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，它賦予熵以權(quán)重，強(qiáng)調(diào)探索與穩(wěn)定性的雙重追求。SAC算法的獨(dú)特之處在于它采用軟更新策略。
