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通过反向传播,DreamerV1会利用梯度信息来更新策略网络和价值网络,从而确保在想象空间中的策略能够最大化预期的累积奖励。
 
通过反向传播,DreamerV1会利用梯度信息来更新策略网络和价值网络,从而确保在想象空间中的策略能够最大化预期的累积奖励。
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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。
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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。<br>
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该网络通过给定潜在状态<math>s_t </math>来输出一个动作的分布(通常是高斯分布),从中采样动作:
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<math>a_t \sim \mathcal{N}(\mu_\phi(s_t), \sigma_\phi(s_t)) </math>
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'''价值网络(Value Model)''':
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该网络根据潜在状态预测一个期望的累计奖励,即价值估计。优化的目标是通过反馈给策略网络,最大化这些估计的价值:
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<math>V_\lambda(s_t) = \sum_{t=1}^{H} \gamma^{t} r_t </math>
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式中,<math>\gamma </math>是折扣因子,<math>r_t </math>是每个时刻的奖励。<br>
      
*'''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:<br>1. 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;<br>2. 在世界模型内部展开长度为<math>H</math>步的潜在轨迹(通常<math>H \approx 15</math>)扩展流程:1. 策略网络(actor)<math>q_\phi(a_\tau\mid s_\tau) </math>根据当前潜在状态<math>z_t</math>采样动作<math>a_t</math>;2. RSSM的转移模型<math>q_\theta(s_{\tau+1}\mid s_\tau,a_\tau) </math>根据<math>z_t</math>和<math>a_t</math>生成下一个潜在状态<math>z_{t+1}</math>;3. 奖励模型<math>q_\theta(r_\tau\mid s_\tau) </math>预测当前步的奖励<math>r_t</math>;4. 终止模型判断是否达到episode结束条件。<br>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>。这样就构造了一个在潜在状态空间中'''完全可观测的马尔可夫决策过程(MDP)''' 。这些生成的轨迹是在潜在空间中进行的,并不需要实际执行在真实环境中。换句话说,DreamerV1在潜在状态空间中“提前演练”其行为。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。
 
*'''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:<br>1. 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;<br>2. 在世界模型内部展开长度为<math>H</math>步的潜在轨迹(通常<math>H \approx 15</math>)扩展流程:1. 策略网络(actor)<math>q_\phi(a_\tau\mid s_\tau) </math>根据当前潜在状态<math>z_t</math>采样动作<math>a_t</math>;2. RSSM的转移模型<math>q_\theta(s_{\tau+1}\mid s_\tau,a_\tau) </math>根据<math>z_t</math>和<math>a_t</math>生成下一个潜在状态<math>z_{t+1}</math>;3. 奖励模型<math>q_\theta(r_\tau\mid s_\tau) </math>预测当前步的奖励<math>r_t</math>;4. 终止模型判断是否达到episode结束条件。<br>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>。这样就构造了一个在潜在状态空间中'''完全可观测的马尔可夫决策过程(MDP)''' 。这些生成的轨迹是在潜在空间中进行的,并不需要实际执行在真实环境中。换句话说,DreamerV1在潜在状态空间中“提前演练”其行为。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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