强化学习是机器学习的一个分支,其核心思想是让智能体(Agent)通过与环境(Environment)的交互来学习最优策略,以最大化长期累积奖励(Reward)。与监督学习和无监督学习不同,强化学习强调试错学习和延迟反馈,适用于序列决策问题。
强化学习系统由以下关键要素组成:
智能体(Agent):学习的决策者(如机器人、游戏AI)。
环境(Environment):智能体交互的外部系统(如游戏规则、物理世界)。
状态(State):环境在某一时刻的描述(如棋盘布局、机器人位置)。
动作(Action):智能体在状态下采取的行为(如移动、攻击)。
奖励(Reward):环境对动作的即时反馈(如得分、惩罚)。
策略(Policy):智能体的行为规则(从状态到动作的映射)。
算法分类:
(1)基于价值(Value-Based)
学习状态或动作的价值函数,选择价值最高的动作。
代表算法:Q-Learning、Deep Q-Network (DQN)
特点:适合离散动作空间(如游戏按键)。
(2)基于策略(Policy-Based)
直接优化策略函数(即动作概率分布)。
代表算法:REINFORCE、PPO(Proximal Policy Optimization)
特点:适合连续动作空间(如机器人控制)。
(3)模型-Based(Model-Based)
智能体学习环境模型(状态转移和奖励函数),再基于模型规划。
代表算法:Dyna、AlphaZero
特点:数据效率高,但模型可能不准确。
强化学习是解决动态决策问题的强大工具,在需要长期规划、环境交互复杂的场景中表现突出。