强化学习动态规划：策略评估与控制的深度解析

"强化学习-动态规划与策略优化" 在强化学习中，动态规划是一种重要的算法，用于寻找马尔科夫决策过程（Markov Decision Process, MDP）中的最优策略。动态规划通过将复杂问题分解为更小的子问题来求解，存储子问题的解以供后续使用。这种方法适用于具有最优解由子问题最优解组成，且子问题重复出现的问题，如马尔科夫决策过程。 马尔科夫决策过程（MDP）由状态空间S、动作空间A、状态转移概率P、奖励函数R和折扣因子γ定义。动态规划主要涉及两个关键任务：预测和控制。 预测（prediction）是评估给定策略π的价值函数vπ，即计算遵循该策略时从每个状态出发的预期累计奖励。而控制（control）是寻找最优策略π*，使价值函数v*最大化。预测和控制可以用以下数学表达式表示： 预测: 给定MDP和策略π，求解vπ。 控制: 给定MDP，求解v*和π*。 动态规划算法包括策略评估、策略迭代和值迭代等方法。策略评估是计算策略π的价值函数，策略迭代则是交替进行策略评估和策略改进，直到找到最优策略。值迭代通过贝尔曼最优方程直接更新价值函数，直至收敛到最优值函数。 在实践中，异步动态规划算法也被广泛应用，它允许并行更新不同状态的价值函数，提高了学习效率。 除了动态规划，不基于模型的预测和控制方法也是强化学习的重要部分，如蒙特卡罗学习（Monte Carlo Learning）和时序差分学习（Temporal Difference Learning）。蒙特卡罗方法直接从经验中学习，不需要模型，而时序差分学习则通过预测未来状态的回报来更新当前状态的价值估计。 此外，Q学习和Sarsa是两种常见的时序差分控制算法，它们通过学习Q值函数来逼近最优策略。Q学习采用离线更新，而Sarsa是在线更新，可以考虑当前动作的影响。Sarsa(λ)引入了eligibility traces，平衡了探索和利用，提供了更好的性能。 在深度强化学习中，神经网络常被用作近似函数，用来估计价值函数或Q值，这被称为价值函数的近似表示。通过梯度下降法更新神经网络参数，以最小化预测值与实际回报之间的差距。 总结来说，动态规划是强化学习中的一种基础算法，用于解决马尔科夫决策过程中的最优策略问题。结合不基于模型的学习方法和深度学习技术，强化学习已经在多个领域展现出强大的解决问题的能力，如游戏、机器人控制、自然语言处理等。