DQN高阶技巧

2024-02-15 09:40:52

bootstrapping：左脚踩右脚上升。用一个估算去更新同类的估算。
DQN的高估问题：TD算法导致DQN高估真实的动作价值。以下两个原因导致DQN出现高估：
1. TD target：\(y_t = r_t + \gamma \cdot \mathop {max}\limits_aQ^*(s_{t+1},a;w)\)，其中的最大化操作会使得\(y_t\)被高估；
  - 数学理解：给一个均值为0的样本集加上均值为0的随机噪音，新样本集的均值仍是零，但样本集的最大值回比原来的样本集的最大值大，最小值会比原来的最小值小。因为DQN网络是估计值，相当于给真实值添加了噪声。
2. bootstrapping的策略使得在训练过程中高估情况叠加。
- DQN的输出是一个向量代表各个动作的价值。如果高估是均匀的，那么所有动作价值的大小顺序是不变的，此时高估问题并不影响，但实际DQN的高估是非均匀的，此时会造成错误的结果。
- 解决方法一：不使用DQN计算出来的TD target，而是使用另一个网络target network计算（减轻bootstrapping）。
  1. target network\(Q(s,a;w^-)\)结构和DQN一样，但参数不同。
  2. target network的参数不是每次收集经验时都更新，而是隔一段时间更新一次。有两种更新方式：（1 直接将DQN的参数赋值给target network，（2 将DQN和target network的参数做加权平均赋值给target network。
  3. target network是避免使用bootstrapping，但不能避免最大化带来的高估。此外，target network无法独立于DQN，所以不能完全消除bootstrapping。
- 解决方法二：使用doubleDQN计算TD target。
  1. double DQN在计算TD target时首先使用DQN来计算\(s_{t+1}\)下动作价值最高的动作，再用另一个DQN获取这个动作的动作价值，用以计算TDtarget。
  2. double DQN比原始、target network方式的效果都好，原因是它同时环节了造成高估的两个成因。

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