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===规划与决策机制<u><big>[[(这部分针对PlaNet的规划决策方法进行介绍,不涉及Dreamer)]]</big></u>===
 
===规划与决策机制<u><big>[[(这部分针对PlaNet的规划决策方法进行介绍,不涉及Dreamer)]]</big></u>===
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[[File:解释图片.png|400px]]<br>Dreamer 算法的三阶段流程。左图 (a):学习环境的潜在动力学模型;中图 (b):在潜在空间中基于想象轨迹训练策略网络(Actor)与价值函数(Critic);右图 (c):在真实环境中执行已学习的策略。Dreamer 模型的规划与决策机制依赖于对环境潜在动力学的建模,并在潜在空间中生成“想象”轨迹,用以评估和优化智能体的行为策略。该机制可从两个核心过程展开:其一,在潜在空间中生成未来状态的想象轨迹;其二,基于这些轨迹进行动作序列的评估与选择,方法包括模型预测控制(MPC)与策略梯度优化。
   
====潜在空间中的imagined trajectory====
 
====潜在空间中的imagined trajectory====
 
PlaNet 先将高维观测 <math>o_t</math> 经编码器<math>q_\phi!\bigl(s_t \mid o_{\le t}, a_{< t}\bigr)</math>映射为 低维潜在状态 <math>s_t = [h_t,,z_t]</math>(确定性递归分量 <math>h_t</math> 与随机分量 <math>z_t</math> 共同构成 RSSM 结点)。在每个决策时刻,算法执行如下“三步式” 内省 roll-out:<br>'''前向展开(model rollout)''':从当前 <math>s_0</math> 出发,给定动作序列 <math>\mathbf{a}{0:H-1}</math>,通过转移模型<math>p\theta!\bigl(s_{t+1} \mid s_t, a_t\bigr)</math>并行展开 <math>H</math> 步,预测下一潜在状态、奖励 <math>\hat r_t</math> 与终止概率 <math>\hat d_t</math>,得到完整轨迹<math>\tau = \bigl\{ (s_0, a_0, \hat r_0, \hat d_0), \dots, (s_H, \varnothing, \hat r_H, \hat d_H) \bigr\}</math>。<br>'''价值评估(return estimation)''':累计回报:<math>\hat R(\tau)=\sum_{t=0}^{H}\gamma^{t},\hat r_t</math>,<math>\lambda</math>-return(可选):若引入价值函数 <math>\hat V_\psi(s_t)</math>,可计算<math>\hat R^\lambda_0=\sum_{t=0}^{H-1}(\gamma\lambda)^{t},\bigl(\hat r_t+\gamma(1-\lambda),\hat V_\psi(s_{t+1})\bigr)+(\gamma\lambda)^{H},\hat V_\psi(s_H)</math>以兼顾方差与偏差,提升长期估计质量。<br>'''并行化优势''':所有运算均在 32–64 维潜在空间完成,无需像素级渲染或物理积分;一次 GPU 前向即可并行生成数万条轨迹,计算复杂度仅与 <math>\text{batch size}\times H</math> 线性相关,可在毫秒级完成。<br>利用这些 imagined trajectories,PlaNet 在无需显式策略网络的前提下,借助 MPC-CEM 直接在潜在空间搜索最优动作序列,从而实现对视觉控制任务的高效在线规划、数据高利用率以及对环境随机性的鲁棒应对。
 
PlaNet 先将高维观测 <math>o_t</math> 经编码器<math>q_\phi!\bigl(s_t \mid o_{\le t}, a_{< t}\bigr)</math>映射为 低维潜在状态 <math>s_t = [h_t,,z_t]</math>(确定性递归分量 <math>h_t</math> 与随机分量 <math>z_t</math> 共同构成 RSSM 结点)。在每个决策时刻,算法执行如下“三步式” 内省 roll-out:<br>'''前向展开(model rollout)''':从当前 <math>s_0</math> 出发,给定动作序列 <math>\mathbf{a}{0:H-1}</math>,通过转移模型<math>p\theta!\bigl(s_{t+1} \mid s_t, a_t\bigr)</math>并行展开 <math>H</math> 步,预测下一潜在状态、奖励 <math>\hat r_t</math> 与终止概率 <math>\hat d_t</math>,得到完整轨迹<math>\tau = \bigl\{ (s_0, a_0, \hat r_0, \hat d_0), \dots, (s_H, \varnothing, \hat r_H, \hat d_H) \bigr\}</math>。<br>'''价值评估(return estimation)''':累计回报:<math>\hat R(\tau)=\sum_{t=0}^{H}\gamma^{t},\hat r_t</math>,<math>\lambda</math>-return(可选):若引入价值函数 <math>\hat V_\psi(s_t)</math>,可计算<math>\hat R^\lambda_0=\sum_{t=0}^{H-1}(\gamma\lambda)^{t},\bigl(\hat r_t+\gamma(1-\lambda),\hat V_\psi(s_{t+1})\bigr)+(\gamma\lambda)^{H},\hat V_\psi(s_H)</math>以兼顾方差与偏差,提升长期估计质量。<br>'''并行化优势''':所有运算均在 32–64 维潜在空间完成,无需像素级渲染或物理积分;一次 GPU 前向即可并行生成数万条轨迹,计算复杂度仅与 <math>\text{batch size}\times H</math> 线性相关,可在毫秒级完成。<br>利用这些 imagined trajectories,PlaNet 在无需显式策略网络的前提下,借助 MPC-CEM 直接在潜在空间搜索最优动作序列,从而实现对视觉控制任务的高效在线规划、数据高利用率以及对环境随机性的鲁棒应对。
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