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梁鹏老师

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强化学习

发布于:2019年10月22日 浏览:906次 0

强化学习是机器学习的一个重要分支,是多学科多领域交叉的一个产物,它的本质是解决 decision making 问题,即自动进行决策,并且可以做连续决策。

它主要包含四个元素,agent,环境状态,行动,奖励, 强化学习的目标就是获得最多的累计奖励。

让我们以小孩学习走路来做个形象的例子:

小孩想要走路,但在这之前,他需要先站起来,站起来之后还要保持平衡,接下来还要先迈出一条腿,是左腿还是右腿,迈出一步后还要迈出下一步。

小孩就是 agent,他试图通过采取行动(即行走)来操纵环境(行走的表面),并且从一个状态转变到另一个状态(即他走的每一步),当他完成任务的子任务(即走了几步)时,孩子得到奖励(给巧克力吃),并且当他不能走路时,就不会给巧克力。

 

从无到有

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强化学习是一类算法, 是让计算机实现从一开始什么都不懂, 脑袋里没有一点想法, 通过不断地尝试, 从错误中学习, 最后找到规律, 学会了达到目的的方法. 这就是一个完整的强化学习过程. 实际中的强化学习例子有很多. 比如近期最有名的 Alpha go, 机器头一次在围棋场上战胜人类高手, 让计算机自己学着玩经典游戏 Atari, 这些都是让计算机在不断的尝试中更新自己的行为准则, 从而一步步学会如何下好围棋, 如何操控游戏得到高分. 既然要让计算机自己学, 那计算机通过什么来学习呢?

虚拟老师

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原来计算机也需要一位虚拟的老师, 这个老师比较吝啬, 他不会告诉你如何移动, 如何做决定, 他为你做的事只有给你的行为打分, 那我们应该以什么形式学习这些现有的资源, 或者说怎么样只从分数中学习到我应该怎样做决定呢? 很简单, 我只需要记住那些高分, 低分对应的行为, 下次用同样的行为拿高分, 并避免低分的行为.

比如老师会根据我的开心程度来打分, 我开心时, 可以得到高分, 我不开心时得到低分. 有了这些被打分的经验, 我就能判断为了拿到高分, 我应该选择一张开心的脸, 避免选到伤心的脸. 这也是强化学习的核心思想. 可以看出在强化学习中, 一种行为的分数是十分重要的. 所以强化学习具有分数导向性. 我们换一个角度来思考.这种分数导向性好比我们在监督学习中的正确标签.

 

对比监督学习

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我们知道监督学习, 是已经有了数据和数据对应的正确标签, 比如这样. 监督学习就能学习出那些脸对应哪种标签. 不过强化学习还要更进一步, 一开始它并没有数据和标签.

他要通过一次次在环境中的尝试, 获取这些数据和标签, 然后再学习通过哪些数据能够对应哪些标签, 通过学习到的这些规律, 竟可能地选择带来高分的行为 (比如这里的开心脸). 这也就证明了在强化学习中, 分数标签就是他的老师, 他和监督学习中的老师也差不多.

RL 算法

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强化学习是一个大家族, 他包含了很多种算法, 我们也会一一提到之中一些比较有名的算法, 比如有通过行为的价值来选取特定行为的方法, 包括使用表格学习的 q learning, sarsa, 使用神经网络学习的 deep q network, 还有直接输出行为的 policy gradients, 又或者了解所处的环境, 想象出一个虚拟的环境并从虚拟的环境中学习 等等.

 

强化学习的发展不仅停留在理论层面,各大游戏、机器人、无人驾驶、金融、电商等企业在高薪招募强化学习算法工程师/研究员,争取在技术研究及产品研发上能够抢占先机


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