ポリシーと値の反復アルゴリズムの収束条件


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ポリシーと値の反復アルゴリズムを使用して、マルコフ決定プロセスの問題を解決できます。収束に必要な条件を理解するのに苦労しています。最適なポリシーが2つのステップ(つまり、反復iとi + 1)の間に変化しない場合、アルゴリズムが収束したと結論付けることができますか?そうでない場合、いつですか?

回答:


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あなたの質問に答えるために、最初にいくつかの重要な(不)等式を書きましょう。

ベルマン最適化方程式:

v∗(s)=maxaE[Rt+1+γv∗(St+1)∣St=s,At=a]=maxa∑s′p(s′∣s,a)[r(s,a,s′)+γv∗(s′)]

ここで、v∗(.)は最適値関数です。

政策改善定理(ピット):

ましょうと決定論的方針の任意のペアことなど、そのすべてについて、 次にポリシーかそれ以上である必要があります。つまり、すべての状態から期待されるリターン以上を取得する必要があります。s。 π ' S ∈ S Q π(S 、π '(S ))≥ のV π(S )π ' πππ′s∈Sqπ(s,π′(s))≥vπ(s)π′πs∈S:vπ′(s)≥vπ(s)

(Sutton&Barto、強化学習:紹介ブックの89ページを検索)

次のルールにより、すべての州でポリシーを改善できます。π

π′(s)=arg⁡maxaqπ(s,a)=arg⁡maxa∑s′p(s′∣s,a)[r(s,a,s′)+γvπ(s′)]

新しいポリシーはPitの条件を満たしているため、かそれ以上です。場合なく、より良い、などの良好となるよりは、すべてのため。定義から推測すると、次のようになります。 π π ' π V π '(S )= V族π(S )S π 'π′ππ′πvπ′(s)=vπ(s)sπ′

vπ』(s)=最高aE[Rt+1+γvπ』(St+1)|St=s、あt=a]=最高aΣs』p(s』|s、a)[r(s、a、s』)+γvπ』(s』)]

しかし、この等式はベルマン最適化方程式と同じであるため、はと等しくなければなりません。 V *vπ』v∗

上記のことから、ポリシーを改善し、以前と同じ価値関数を得た場合、新しいポリシーは最適なポリシーの1つでなければならないことは明らかです。詳細については、Sutton&Barto(2012)を参照してください。


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正解です。現在値関数の推定値または現在のポリシーの推定値は、アルゴリズムの状態を完全に説明できます。それぞれが、もう一方の固有の次の選択を意味します。以下にリンクされた論文から、

「ポリシーの反復は、ます。」Vん+1=Vん、αん+1=αん

https://editorialexpress.com/jrust/research/siam_dp_paper.pdf

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