强化学习快速入门与实战
H 博士 & 袁从德
AI 资深研究员、AI 创业公司 CTO
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15|强化学习前沿:从离散控制到连续控制

你好!欢迎来到强化学习的第十五讲。在前几讲中,我们学习的 DQN 等经典算法在 Atari 游戏这类离散动作场景中表现出色,但当面对现实世界里机械臂关节控制、自动驾驶转向调节等连续动作任务时,传统离散化动作的思路会导致动作空间呈指数级膨胀(比如 6 个关节的机械臂,仅精度到 0.01 就有 200⁶ 种动作组合),让算法完全无法落地。而深度确定性策略梯度(DDPG)算法,正是为突破“连续动作空间困境”而生,它将确定性策略与深度学习结合,为连续控制任务提供了高效解决方案。
通过本节课的学习,你将能够:
清晰区分离散控制与连续控制的核心差异,理解连续控制任务的技术瓶颈;
掌握确定性策略梯度(DPG)的核心原理,明确其适配连续动作空间的本质原因;
拆解深度确定性策略梯度(DDPG)的算法架构与核心组件,理解目标网络、经验回放等机制的作用;
结合代码实例与实验场景,洞悉 DDPG 的训练流程与实际应用价值。

一、控制任务的核心分类与技术演进

在深入强化学习算法之前,我们首先需要厘清“控制”的本质,以及离散控制与连续控制的核心区别——这是理解连续控制算法设计逻辑的基础,也是从经典强化学习走向前沿应用的关键一步。

1.1 什么是控制

控制问题由观测(observations)和动作(actions)构成。智能体在每一个时间步 接收到一个观测向量 ,并输出一个动作向量 。观测向量中包含一个特殊的分量,即奖励 奖励所在的分量索引在整个智能体生命周期中是固定不变。
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1. 离散控制与连续控制的核心差异:需要理解离散控制和连续控制在动作空间的性质、决策逻辑、典型场景和策略输出形式上的本质差异。 2. DDPG算法的核心设计逻辑:采用了Actor-Critic架构分离“动作生成”与“价值评估”,并通过目标网络、经验回放等机制解决了连续控制中的训练稳定性问题。 3. DDPG的训练全流程:包括Ornstein-Uhlenbeck噪声探索、经验存储、Critic网络更新Q值、Actor网络沿梯度优化策略以及目标网络软更新等完整步骤。 4. DDPG的适用场景与优势:明确了DDPG在机器人控制、自动驾驶等连续动作任务中的落地价值,以及与传统离散控制算法、随机策略梯度算法的核心差异。 5. DDPG算法在实验验证中的表现:在经典控制任务和复杂的机器人控制任务中,DDPG算法展现出了强大的性能,为连续动作控制提供了坚实的基础。 6. DDPG算法的局限性:存在数据效率方面的局限性,需要大量训练样本才能学习到较好的策略,以及探索策略相对固定的问题。

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