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*'''从在线规划到潜在空间策略学习''':在PlaNet中,智能体通过在线规划进行决策:每次动作选择时,基于当前学习到的世界模型,在潜在空间中采样并评估多个动作序列(如使用交叉熵方法CEM),选取累计奖励最高的动作执行。尽管该方法充分利用了模型的预测能力,能够动态适应每次决策,但因每步都需大规模模型推演,计算开销极高,难以扩展至大规模或实时任务。Dreamer系列则提出了另一种路径:潜在空间内离线策略学习。Dreamer让智能体在世界模型生成的“想象轨迹”中反复训练,直接学习一个策略网络(Actor)根据潜在状态快速输出动作,同时配备价值网络(Critic)估计潜在状态的长期回报,为策略优化提供梯度信号。通过这一基于模型的Actor-Critic框架,Dreamer不仅继承了模型预测的优势,还显著降低了推理时的计算成本,实现了无需实时规划即可高效决策与执行的能力。
 
*'''从在线规划到潜在空间策略学习''':在PlaNet中,智能体通过在线规划进行决策:每次动作选择时,基于当前学习到的世界模型,在潜在空间中采样并评估多个动作序列(如使用交叉熵方法CEM),选取累计奖励最高的动作执行。尽管该方法充分利用了模型的预测能力,能够动态适应每次决策,但因每步都需大规模模型推演,计算开销极高,难以扩展至大规模或实时任务。Dreamer系列则提出了另一种路径:潜在空间内离线策略学习。Dreamer让智能体在世界模型生成的“想象轨迹”中反复训练,直接学习一个策略网络(Actor)根据潜在状态快速输出动作,同时配备价值网络(Critic)估计潜在状态的长期回报,为策略优化提供梯度信号。通过这一基于模型的Actor-Critic框架,Dreamer不仅继承了模型预测的优势,还显著降低了推理时的计算成本,实现了无需实时规划即可高效决策与执行的能力。
 
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*'''想象环境与模拟轨迹''':Dreamer通过在潜在空间中进行**想象(imagination)**生成训练数据。整体流程如下:首先,从真实环境交互中收集初步经验,并将其存入经验回放池。随后,智能体在潜在空间中反复执行以下训练循环:
 
*'''想象环境与模拟轨迹''':Dreamer通过在潜在空间中进行**想象(imagination)**生成训练数据。整体流程如下:首先,从真实环境交互中收集初步经验,并将其存入经验回放池。随后,智能体在潜在空间中反复执行以下训练循环:
 
# 从经验回放池中采样一批真实经历对应的潜在状态(即通过编码器将观测<math>o_t</math>编码得到的潜在表示<math>z_t</math>)作为想象轨迹的起点;
 
# 从经验回放池中采样一批真实经历对应的潜在状态(即通过编码器将观测<math>o_t</math>编码得到的潜在表示<math>z_t</math>)作为想象轨迹的起点;
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通过上述过程,生成一条完全由世界模型预测产生的伪轨迹序列:<math>(z_0, a_0, r_0), (z_1, a_1, r_1), \dots, (z_H)</math>由于潜在状态的维度远小于原始观测(例如图像),且RSSM模块由神经网络实现,因此整个模拟过程可以在GPU上高度并行。DreamerV2的实验报告显示,其可以在单张GPU上并行生成多达2500条潜在轨迹。在这些模拟轨迹上,Dreamer分别训练价值网络(critic)与策略网络(actor),利用想象经验不断优化策略表现。
 
通过上述过程,生成一条完全由世界模型预测产生的伪轨迹序列:<math>(z_0, a_0, r_0), (z_1, a_1, r_1), \dots, (z_H)</math>由于潜在状态的维度远小于原始观测(例如图像),且RSSM模块由神经网络实现,因此整个模拟过程可以在GPU上高度并行。DreamerV2的实验报告显示,其可以在单张GPU上并行生成多达2500条潜在轨迹。在这些模拟轨迹上,Dreamer分别训练价值网络(critic)与策略网络(actor),利用想象经验不断优化策略表现。
 
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*'''价值函数训练''':在Dreamer框架中,价值网络以潜在状态(<math>z_t</math>)或更完整的隐状态对(<math>h_t</math>,<math>s_t</math>)作为输入,输出一个标量(<math>v_\psi(z_t)</math>),用于近似当前潜在状态下的期望折扣累积回报。为了高效训练价值网络,Dreamer采用了基于想象轨迹的时序差分学习(temporal difference learning),并结合了λ-return方法,在训练中平衡偏差与方差。具体地,给定一条想象轨迹:<math>(z_0, r_0), (z_1, r_1), \dots, (z_H, r_H)</math>,其中<math>z_H</math>为轨迹末状态,可以为每个中间潜在状态构造目标价值<math>R_t^\lambda</math>。
 
*'''价值函数训练''':在Dreamer框架中,价值网络以潜在状态(<math>z_t</math>)或更完整的隐状态对(<math>h_t</math>,<math>s_t</math>)作为输入,输出一个标量(<math>v_\psi(z_t)</math>),用于近似当前潜在状态下的期望折扣累积回报。为了高效训练价值网络,Dreamer采用了基于想象轨迹的时序差分学习(temporal difference learning),并结合了λ-return方法,在训练中平衡偏差与方差。具体地,给定一条想象轨迹:<math>(z_0, r_0), (z_1, r_1), \dots, (z_H, r_H)</math>,其中<math>z_H</math>为轨迹末状态,可以为每个中间潜在状态构造目标价值<math>R_t^\lambda</math>。
 
λ-return的基本思路是对不同步长<math>n</math>的回报进行加权平均,定义为:<math>R_t^\lambda = r_t + \gamma r_{t+1} + \gamma^2 r_{t+2} + \dots + \gamma^{n-1} r_{t+n-1} + \gamma^n v_\psi(z_{t+n})</math>,并在<math>n</math>趋近轨迹末端时截断。直观地说,λ-return在有限长度模拟轨迹内考虑累计奖励,并在终点使用价值网络估计<math>v_\psi(z_H)</math>近似未来无穷远回报,从而为每个状态提供全局价值估计。随后,价值网络通过最小化以下均方误差损失进行训练:<math>\frac{1}{2} (v_\psi(z_t) - R_t^\lambda)^2</math>。
 
λ-return的基本思路是对不同步长<math>n</math>的回报进行加权平均,定义为:<math>R_t^\lambda = r_t + \gamma r_{t+1} + \gamma^2 r_{t+2} + \dots + \gamma^{n-1} r_{t+n-1} + \gamma^n v_\psi(z_{t+n})</math>,并在<math>n</math>趋近轨迹末端时截断。直观地说,λ-return在有限长度模拟轨迹内考虑累计奖励,并在终点使用价值网络估计<math>v_\psi(z_H)</math>近似未来无穷远回报,从而为每个状态提供全局价值估计。随后,价值网络通过最小化以下均方误差损失进行训练:<math>\frac{1}{2} (v_\psi(z_t) - R_t^\lambda)^2</math>。
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