Estou tentando recriar um exemplo muito simples de Gradiente de política, a partir do blog de Andrej Karpathy, recurso de origem . Nesse artigo, você encontrará exemplos com CartPole e Policy Gradient com lista de peso e ativação do Softmax. Aqui está o meu exemplo recriado e muito simples de gradiente de política CartPole, que funciona perfeitamente .
import gym
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
import copy
NUM_EPISODES = 4000
LEARNING_RATE = 0.000025
GAMMA = 0.99
# noinspection PyMethodMayBeStatic
class Agent:
def __init__(self):
self.poly = PolynomialFeatures(1)
self.w = np.random.rand(5, 2)
def policy(self, state):
z = state.dot(self.w)
exp = np.exp(z)
return exp/np.sum(exp)
def __softmax_grad(self, softmax):
s = softmax.reshape(-1,1)
return np.diagflat(s) - np.dot(s, s.T)
def grad(self, probs, action, state):
dsoftmax = self.__softmax_grad(probs)[action,:]
dlog = dsoftmax / probs[0,action]
grad = state.T.dot(dlog[None,:])
return grad
def update_with(self, grads, rewards):
for i in range(len(grads)):
# Loop through everything that happend in the episode
# and update towards the log policy gradient times **FUTURE** reward
total_grad_effect = 0
for t, r in enumerate(rewards[i:]):
total_grad_effect += r * (GAMMA ** r)
self.w += LEARNING_RATE * grads[i] * total_grad_effect
print("Grads update: " + str(np.sum(grads[i])))
def main(argv):
env = gym.make('CartPole-v0')
np.random.seed(1)
agent = Agent()
complete_scores = []
for e in range(NUM_EPISODES):
state = env.reset()[None, :]
state = agent.poly.fit_transform(state)
rewards = []
grads = []
score = 0
while True:
probs = agent.policy(state)
action_space = env.action_space.n
action = np.random.choice(action_space, p=probs[0])
next_state, reward, done,_ = env.step(action)
next_state = next_state[None,:]
next_state = agent.poly.fit_transform(next_state.reshape(1, 4))
grad = agent.grad(probs, action, state)
grads.append(grad)
rewards.append(reward)
score += reward
state = next_state
if done:
break
agent.update_with(grads, rewards)
complete_scores.append(score)
env.close()
plt.plot(np.arange(NUM_EPISODES),
complete_scores)
plt.savefig('image1.png')
if __name__ == '__main__':
main(None)
.
.
Questão
Estou tentando fazer, quase o mesmo exemplo, mas com a ativação do Sigmoid (apenas por simplicidade). É tudo o que preciso fazer. Alterne a ativação no modelo de softmaxpara sigmoid. O que deve funcionar com certeza (com base na explicação abaixo). Mas meu modelo de gradiente de política não aprende nada e é aleatório. Alguma sugestão?
import gym
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.preprocessing import PolynomialFeatures
NUM_EPISODES = 4000
LEARNING_RATE = 0.000025
GAMMA = 0.99
# noinspection PyMethodMayBeStatic
class Agent:
def __init__(self):
self.poly = PolynomialFeatures(1)
self.w = np.random.rand(5, 1) - 0.5
# Our policy that maps state to action parameterized by w
# noinspection PyShadowingNames
def policy(self, state):
z = np.sum(state.dot(self.w))
return self.sigmoid(z)
def sigmoid(self, x):
s = 1 / (1 + np.exp(-x))
return s
def sigmoid_grad(self, sig_x):
return sig_x * (1 - sig_x)
def grad(self, probs, action, state):
dsoftmax = self.sigmoid_grad(probs)
dlog = dsoftmax / probs
grad = state.T.dot(dlog)
grad = grad.reshape(5, 1)
return grad
def update_with(self, grads, rewards):
if len(grads) < 50:
return
for i in range(len(grads)):
# Loop through everything that happened in the episode
# and update towards the log policy gradient times **FUTURE** reward
total_grad_effect = 0
for t, r in enumerate(rewards[i:]):
total_grad_effect += r * (GAMMA ** r)
self.w += LEARNING_RATE * grads[i] * total_grad_effect
def main(argv):
env = gym.make('CartPole-v0')
np.random.seed(1)
agent = Agent()
complete_scores = []
for e in range(NUM_EPISODES):
state = env.reset()[None, :]
state = agent.poly.fit_transform(state)
rewards = []
grads = []
score = 0
while True:
probs = agent.policy(state)
action_space = env.action_space.n
action = np.random.choice(action_space, p=[1 - probs, probs])
next_state, reward, done, _ = env.step(action)
next_state = next_state[None, :]
next_state = agent.poly.fit_transform(next_state.reshape(1, 4))
grad = agent.grad(probs, action, state)
grads.append(grad)
rewards.append(reward)
score += reward
state = next_state
if done:
break
agent.update_with(grads, rewards)
complete_scores.append(score)
env.close()
plt.plot(np.arange(NUM_EPISODES),
complete_scores)
plt.savefig('image1.png')
if __name__ == '__main__':
main(None)A plotagem de todo o aprendizado é aleatória. Nada ajuda no ajuste de hiper parâmetros. Abaixo da imagem de amostra.
Referências :
1) Aprendizado de reforço profundo: Pong from Pixels
2) Uma introdução aos Gradientes de Política com Cartpole e Doom
3) Obtenção de gradientes de política e implementação do REFORÇO
4) Truque do dia para aprendizado de máquina (5): Log Derivative Trick 12
ATUALIZAR
Parece que a resposta abaixo pode fazer algum trabalho com o gráfico. Mas não é a probabilidade de log e nem o gradiente da política. E altera todo o objetivo da Política de Gradiente da RL. Por favor, verifique as referências acima. Seguindo a imagem, próxima declaração.
Preciso fazer um Gradiente da função Log da minha Política (que é simplesmente pesos e sigmoidativação).
softmaxpara signmoid. Essa é apenas uma coisa que preciso fazer no exemplo acima.
[0, 1]que pode ser interpretado como probabilidade de ação positiva (vire à direita no CartPole, por exemplo). Então a probabilidade de ação negativa (vire à esquerda) é 1 - sigmoid. A soma dessas probabilidades é 1. Sim, este é um ambiente padrão de cartões com pólos.
