有模型强化学习(Model-Based Reinforcement Learning)和无模型强化学习(Model-Free Reinforcement Learning)是两种不同的强化学习方法。
有模型强化学习是指,智能体在学习过程中能够对环境进行建模,即学习环境的动态转移函数(也称为状态转移函数或转移模型)。基于环境模型,智能体能够预测未来状态和奖励,进而制定更优的决策策略。在有模型强化学习中,智能体需要进行两个过程:学习环境模型和基于模型进行决策。由于有模型强化学习需要学习环境模型,因此可能需要更多的训练数据和计算资源。
有模型强化学习方法通常包括以下几类算法:
基于动态规划的算法:例如值迭代(Value Iteration)和策略迭代(Policy Iteration)等算法。这些算法通过建立状态转移模型和奖励函数模型,利用动态规划方法求解最优决策策略。
基于模型预测的算法:例如模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)和基于模型的强化学习(Model-Based Reinforcement Learning)等算法。这些算法通过学习环境模型,预测未来状态和奖励,制定更优的决策策略。
基于梯度下降的算法:例如基于策略的梯度下降(Policy Gradient)和Actor-Critic等算法。这些算法通过建立状态转移模型和奖励函数模型,利用梯度下降方法求解最优决策策略。
无模型强化学习 是指,智能体在学习过程中不需要对环境进行建模。相反,智能体通过与环境交互来学习决策策略,直接学习状态和奖励之间的映射关系。在无模型强化学习中,智能体只需要进行一个过程:基于当前状态和奖励进行决策。由于无模型强化学习不需要学习环境模型,因此通常比有模型强化学习更易于实现和运行。
有模型强化学习的应用:
棋类游戏:有模型强化学习算法(例如MCTS)被广泛应用于棋类游戏,例如围棋、国际象棋等。AlphaGo和AlphaZero就是使用MCTS的典型例子
路径规划:有模型强化学习算法(例如动态规划)可以用于路径规划问题,例如机器人导航、无人机路径规划等。
资源调度:有模型强化学习算法可以用于优化资源调度问题,例如数据中心的任务调度、物流配送的路径规划等。
无模型强化学习的应用:
游戏AI:无模型强化学习算法(例如DQN)被广泛应用于训练游戏智能体,例如Atari游戏、Flappy Bird等。
自动驾驶:无模型强化学习算法可以用于训练自动驾驶汽车的控制策略,以实现安全、高效的驾驶。
机器人控制:无模型强化学习算法可以用于训练机器人执行各种任务,例如导航、抓取、飞行等。
图片参考自:
蘑菇书EasyRL:datawhalechina.github.io/easy-rl/#/chapter3/chapter3?id=_313-%e6%9c%89%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e4%b8%8e%e5%85%8d%e6%a8%a1%e5%9e%8b%e7%9a%84%e5%8c%ba%e5%88%ab