楼主: wenO6ZTcp8ct6
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[其他] David Silver 强化学习课程课件:第 2 讲 57 页 MDP 与 Easy21 作业 60 分 [推广有奖]

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wenO6ZTcp8ct6 发表于 昨天 10:59 |AI写论文

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David Silver 强化学习课程课件:第 2 讲 57 页 MDP 与 Easy21 作业 60 分

 

David Silver 在 UCL 开的 Advanced Topics 课程(编号 COMPM050/COMPGI13)2015 年版的课件,作者一直挂在个人网站上,十讲的 PDF、Easy21 编程作业、旧试题与答案都能直接打开。整套材料标注 CC-BY-NC 4.0,其中部分来自第三方的插图不在该许可之内。

 

这十讲是强化学习最经典的入门路径之一,第 2 讲"马尔可夫决策过程"57 页,把 MDP 的骨架一次讲完:马尔可夫性、状态转移矩阵、回报与折扣、价值函数、Bellman 方程、最优价值与最优策略。

 

十讲的顺序

 

1 强化学习简介;2 马尔可夫决策过程;3 用动态规划做规划;4 无模型预测;5 无模型控制;6 价值函数近似;7 策略梯度方法;8 学习与规划的结合;9 探索与利用;10 案例:经典游戏中的强化学习。

 

这个顺序值得注意:它先把 MDP 与动态规划讲透,再进无模型方法,最后才到函数近似与策略梯度。跟着走,第 4 讲的时序差分与第 5 讲的 Sarsa、Q 学习才有落点;跳过第 3 讲直接看深度强化学习,很容易只记住名词。

 

第 2 讲的结构:四部分 57 页

 

部分页码范围讲什么
马尔可夫过程第 3 至 9 页马尔可夫性、状态转移矩阵、马尔可夫链、学生链例子
马尔可夫奖励过程第 10 至 23 页定义、回报、折扣因子、价值函数、Bellman 方程
马尔可夫决策过程第 24 至 48 页定义、策略、价值函数、Bellman 期望方程、最优价值函数、Bellman 最优方程
MDP 的扩展第 49 至 57 页无限 MDP、部分可观测 MDP、平均奖励 MDP

 

第 49 页的标题直接写了"(不考)",也就是扩展这一节在当年的考试范围之外,但它对理解 POMDP 与平均奖励设定有用,读的时候知道优先级即可。

 

马尔可夫性:一句话定调

 

课件给的定义是"给定现在,未来与过去独立",形式化写法是下一状态的条件概率只依赖当前状态;换句话说,状态是历史的充分统计量,状态确定之后历史就可以丢掉。

 

接着是状态转移矩阵:对状态 s 与后继状态 s′ 定义转移概率,把所有状态排成矩阵,每一行的和等于 1。马尔可夫过程(马尔可夫链)被定义成一个二元组,包含状态集合与转移矩阵。学生链那个例子用上课、睡觉、酒吧、通过考试几个状态,把转移图画出来,是后面所有计算的公共玩具。

 

加上奖励与折扣,就有了价值函数

 

马尔可夫奖励过程在链上加了奖励函数与折扣因子,于是可以定义回报:从当前时刻起,未来奖励的折扣累加。折扣因子决定了看多远,越接近 1 越看重长期。

 

有了回报就能定义价值函数,也就是从某个状态出发的期望回报。课件把价值函数写成矩阵形式,推导出 Bellman 方程,并用学生链演示如何解析求解:把方程写成线性系统,直接解出每个状态的价值。这一步是整讲的第一个关键跳跃,后面 MDP 的方程只是把它加上动作。

 

加上动作与策略,才是 MDP

 

MDP 在奖励过程之上加了动作集合与转移概率对动作的依赖。策略是给定状态下选动作的分布,可以是确定性的,也可以是随机的。

 

两个价值函数要分清:状态价值函数是遵循某策略时从状态出发的期望回报;动作价值函数是在状态先选某个动作、之后遵循策略的期望回报。课件随后给出两者的 Bellman 期望方程,用备份图(backup diagram)展示"当前价值等于即时奖励加后继价值"的递归关系。

 

再往前一步是最优价值函数:在所有策略里取最大的那个。课件证明存在一个最优策略同时最大化所有状态的价值,并给出 Bellman 最优方程。最优方程里有 max 运算,因此是非线性的,不能像 MRP 那样直接解线性系统,这也是后面要引入迭代法与动态规划的原因。

 

Easy21:60 分的作业,四段递进

 

作业是一份 4 页的说明,要求实现一个叫 Easy21 的纸牌游戏并在这上面做实验,总分 60 分,分五块:

 

部分分值要求
实现环境10写 step(s,
a) 返回下一状态与奖励,不显式表示转移矩阵,无折扣
蒙特卡洛控制15价值函数初始化为 0,步长按 1/N(s,
a) 递减,ε 按 N0/(N0+N(s)) 递减,N0 取 100,画出最优价值函数
Sarsa(λ)15λ 取 0 到 1 步长 0.1,与上一部分同样的步长与探索计划,算均方误差并画误差随 λ 的曲线
线性函数近似1536 个二值特征(3×6×
2),常数 ε 取 0.05、步长 0.01,重复 Sarsa(λ) 实验
讨论5自举的利弊、函数近似的利弊、如何改进特征设计

 

几个设计细节值得抄下来:庄家首张牌与玩家点数和构成状态;庄家区间是 [1,4]、[4,7]、[7,10] 三段重叠,玩家区间是 [1,6]、[4,9]、[7,12]、[10,15]、[13,18]、[16,21] 六段重叠,两个动作合起来正好 36 个特征;提交要求一份含图与讨论的 PDF 加一个源码包,邮件主题写"RL2015 Assignment"。

 

旧试题与答案值得一起下

 

页面上还有历年试题与答案两份 PDF。强化学习的考试题往往就是把课件里的推导换成具体数字,比如给一个小型 MDP 让你写 Bellman 方程、算两轮价值迭代、判断策略是否最优。对着答案看一遍,比反复看课件更能发现自己哪一步没懂。

 

另外页面给了视频讲座的入口与课程讨论组的地址,视频与课件是配套的,第 2 讲 57 页大约对应一小时的讲授。

 

读这套材料要注意的几点

 

这是 2015 年的课程,深度学习与强化学习结合的部分在当年还没有现在这么细,第 10 讲的游戏案例以当时的成果为主,今天看会觉得旧;但 MDP、动态规划、时序差分这几讲的基本框架没有过时。

 

文件路径里带 2025 年的上传目录,那只是网站迁移时的时间戳,不代表有 2025 新版课程。许可写的是 CC-BY-NC 4.0,可以复制、改编、非商业使用,需署名;课件里部分插图来自第三方,不在该许可内,做课件或讲义时不能直接照搬。Easy21 的提交邮箱与截止日期是当年课程的信息,现在只能当练习自己跑。

 

────────────────

十讲课件与两份试题的直达地址、Easy21 说明原文要求、许可条款原文与引用格式,回复本帖即可见。


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沙发
企业经营管理08883 发表于 昨天 12:56
Easy21那套参数拿来练手正好

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