CoderXL's Blog

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State 状态#

State Space 状态空间:S={si}\mathcal{S} = \{s_i\}.

Action 动作#

A(s)={ai}\mathcal A (s) = \{a_i\}. 动作空间取决于当前所处状态

State Transition 状态转移#

Deterministic(Transfer Matrix), Stochastic(Conditional Probability)

Policy 策略#

明确 agent 在每个 state 会采用哪些 action(s) 的概率分布。

Reward 奖励#

r=r(at+1,st)r=r(a_{t+1}, s_t) 或者 p(r∣at+1,st)p(r \mid a_{t+1},s_t):在某个 state,采取某种 action,agent 会得到的奖励。可以是任何实数,一般规定 agent 得分越高越好。

Trajectory 轨迹 / Path 路径#

是一个 state-action-reward 链。

Return 回报#

针对 trajectory 的概念,即一条 trajectory 上的所有 reward 的和。

Discounted Return 贴现回报#

对于「无限长」trajectory,一般的 return 可能发散到无穷,但通过设置 discount rate 贴现系数 γ∈[0,1)\gamma \in [0,1),对未来的 reward 进行等比缩小,得到收敛的贴现回报 ∑i=0∞γiri\sum_{i=0}^\infty \gamma^i r_i.

贴现回报的 γ\gamma 如果设置得小,就会鼓励 agent 更注重短期奖励,反之则注重长远奖励。

Episode#

如果 agent 最终停在了一个 terminal state,则其 trajectory 被称为 episode. episode 一般是有限长的。

Episodic Task#

有限长的任务

Continuing Task#

无限长的任务

一般会将 episodic tasks 转换为 continuing tasks,有两种方式:

  1. 将 terminal state 设置为 absorbing state,即不给 agent 提供离开该 state 的方法

  2. 允许 agent 在到达 terminal state 之后自由活动

方法 2. 的 inductive bias 更少,换言之更一般。

Markov Decision Process(MDP)#

顾名思义,符合 Markov 性质的决策过程。

Markov 性质:未来状态的概率分布仅依赖于当前状态,而与过去的状态序列无关。又称无记忆性 memoryless.

形式化地:

p(st+1∣at+1,st,…,a1,s0)=p(st+1∣at+1st)p(s_{t+1} \mid a_{t+1},s_t,\dots,a_1,s_0) = p(s_{t+1} \mid a_{t+1} s_t) p(rt+1∣at+1,st,…,a1,s0)=p(rt+1∣at+1st)p(r_{t+1} \mid a_{t+1},s_t,\dots,a_1,s_0) = p(r_{t+1} \mid a_{t+1} s_t)

要素包括:

  1. 集合
    1. 状态集
    2. 动作集
    3. 奖励集
  2. 概率分布
    1. 状态转移概率
    2. 奖励概率
  3. 策略(动作的概率分布)
  4. Markov 性质(无记忆性)

其名字基本完整反映了其定义:Markov 对应 Markov 性质,Decision 对应了策略(选择 action),Process 对应了一个过程链。

Markov Process#

一旦 MDP 中的 Policy 给定(概率分布确定),那么 MDP 就退化成一个 Markov Process 了。

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