Загрузите предопределенные среды системы управления

Пакет Reinforcement Learning Toolbox™ обеспечивает несколько предопределенных сред системы управления, для которых уже заданы действия, наблюдения, вознаграждения и динамика. Можно использовать эти среды для:

Изучения концепции обучения с подкреплением
Ознакомления с особенностями Reinforcement Learning Toolbox
Тестирования своих собственных агентов обучения с подкреплением

Можно загрузить следующие предопределенные среды системы управления MATLAB^® с помощью rlPredefinedEnv функция.

Среда	Задача агента
Полюсный корзиной	Сбалансируйте полюс на движущейся корзине, прикладывая силы к корзине с помощью или дискретного или непрерывного пробела действия.
Двойной интегратор	Управляйте динамической системой второго порядка с помощью или дискретного или непрерывного пробела действия.
Математический маятник с наблюдением изображений	Swing и баланс математический маятник с помощью или дискретного или непрерывного пробела действия.

Можно также загрузить, предопределил среды мира сетки MATLAB. Для получения дополнительной информации смотрите Загрузку Предопределенные Среды Мира Сетки.

Полюсные корзиной среды

Цель агента в предопределенных полюсных корзиной средах состоит в том, чтобы сбалансировать полюс на движущейся корзине, прикладывая горизонтальные силы к корзине. Полюс рассматривается успешно сбалансированным, если обоим из следующих условий удовлетворяют:

Угол полюса остается в данном пороге вертикального положения, где вертикальное положение является нулевыми радианами.
Величина положения корзины остается ниже данного порога.

Существует два полюсных корзиной варианта среды, которые отличаются пробелом действия агента.

Дискретный — Агент может прикладывать силу или _Fmax или-_Fmax к корзине, где _Fmax является MaxForce свойство среды.
Непрерывный — Агент может прикладывать любую силу в области значений [-_Fmax, _Fmax].

Чтобы создать полюсную корзиной среду, используйте rlPredefinecdEnv функция.

Дискретный пробел действия
```
env = rlPredefinedEnv('CartPole-Discrete');
```
Непрерывный пробел действия
```
env = rlPredefinedEnv('CartPole-Continuous');
```

Можно визуализировать полюсную корзиной среду с помощью plot функция. График отображает корзину как синий квадрат и полюс как красный прямоугольник.

plot(env)

Чтобы визуализировать среду во время обучения, вызовите plot перед обучением и следят за открытой фигурой визуализации.

Для примеров, которые обучают агентов в полюсных корзиной средах, см.:

Свойства среды

Свойство	Описание	Значение по умолчанию
`Gravity`	Ускорение из-за силы тяжести в метрах в секунду	9.8
`MassCart`	Масса корзины в килограммах	1
`MassPole`	Масса полюса в килограммах	0.1
`Length`	Половина длины полюса в метрах	0.5
`MaxForce`	Максимальная горизонталь обеспечивает величину в ньютонах	10
`Ts`	Шаг расчета в секундах	0.02
`ThetaThresholdRadians`	Угловой порог полюса в радианах	0.2094
`XThreshold`	Порог положения корзины в метрах	2.4
`RewardForNotFalling`	Вознаградите за каждый временной шаг, полюс сбалансирован	1
`PenaltyForFalling`	Вознаградите штраф за то, чтобы не удаваться сбалансировать полюс	Дискретный: `-5` Непрерывный: `-50`
`State`	Состояние среды, заданное как вектор-столбец со следующими переменными состояния: Положение корзины Производная положения корзины Угол полюса Производная угла полюса	[0 0 0 0]'

Действия

В полюсных корзиной средах агент взаимодействует со средой с помощью одного сигнала действия, горизонтальная сила применилась к корзине. Среда содержит объект спецификации для этого сигнала действия. Для среды с a:

Дискретный пробел действия, спецификацией является rlFiniteSetSpec объект.
Непрерывный пробел действия, спецификацией является rlNumericSpec объект.

Для получения дополнительной информации о получении спецификаций действия средой смотрите getActionInfo.

Наблюдения

В полюсной корзиной системе агент может наблюдать все переменные состояния среды в env.State. Для каждой переменной состояния среда содержит rlNumericSpec спецификация наблюдения. Все состояния непрерывны и неограниченны.

Для получения дополнительной информации о получении спецификаций наблюдений средой смотрите getObservationInfo.

Вознаграждение

Сигнал вознаграждения для этой среды состоит из двух компонентов:

Положительное вознаграждение за каждый временной шаг, что полюс сбалансирован; то есть, корзина и полюс оба остаются в их указанных пороговых диапазонах. Это вознаграждение накапливается по целому эпизоду тренировки. Чтобы управлять размером этого вознаграждения, используйте RewardForNotFalling свойство среды.
Однократный отрицательный штраф, если или полюс или корзина перемещаются за пределами их пороговых областей значений. На данном этапе остановки эпизода тренировки. Чтобы управлять размером этого штрафа, используйте PenaltyForFalling свойство среды.

Двойные среды интегратора

Цель агента в предопределенных двойных средах интегратора состоит в том, чтобы управлять положением массы в системе второго порядка путем применения входа силы. А именно, система второго порядка является двойным интегратором с усилением.

Эпизоды тренировки для этих сред заканчиваются, когда любое из следующих событий имеет место:

Масса перемещается вне данного порога от источника.
Норма вектора состояния меньше данного порога.

Существует два двойных варианта среды интегратора, которые отличаются пробелом действия агента.

Дискретный — Агент может прикладывать силу или _Fmax или-_Fmax к корзине, где _Fmax является MaxForce свойство среды.
Непрерывный — Агент может прикладывать любую силу в области значений [-_Fmax, _Fmax].

Чтобы создать двойную среду интегратора, используйте rlPredefinedEnv функция.

Дискретный пробел действия

env = rlPredefinedEnv('DoubleIntegrator-Discrete');

Непрерывный пробел действия

env = rlPredefinedEnv('DoubleIntegrator-Continuous');

Можно визуализировать двойную среду интегратора с помощью plot функция. График отображает массу как красный прямоугольник.

plot(env)

Для примеров, которые обучают агентов в двойных средах интегратора, см.:

Свойства среды

Свойство	Описание	Значение по умолчанию
`Gain`	Получите для двойного интегратора	1
`Ts`	Шаг расчета в секундах	0.1
`MaxDistance`	Порог величины расстояния в метрах	5
`GoalThreshold`	Порог нормы состояния	0.01
`Q`	Матрица веса для компонента наблюдения сигнала вознаграждения	[10 0; 0 1]
`R`	Матрица веса для компонента действия сигнала вознаграждения	0.01
`MaxForce`	Максимальная входная сила в ньютонах	Дискретный: `2` Непрерывный: `Inf`
`State`	Состояние среды, заданное как вектор-столбец со следующими переменными состояния: Массовое положение Производная массового положения	[0 0]'

Действия

В двойных средах интегратора агент взаимодействует со средой с помощью одного сигнала действия, сила применилась к массе. Среда содержит объект спецификации для этого сигнала действия. Для среды с a:

Дискретный пробел действия, спецификацией является rlFiniteSetSpec объект.
Непрерывный пробел действия, спецификацией является rlNumericSpec объект.

Для получения дополнительной информации о получении спецификаций действия средой смотрите getActionInfo.

Наблюдения

В двойной системе интегратора агент может наблюдать обе из переменных состояния среды в env.State. Для каждой переменной состояния среда содержит rlNumericSpec спецификация наблюдения. Оба состояния непрерывны и неограниченны.

Для получения дополнительной информации о получении спецификаций наблюдения средой смотрите getObservationInfo.

Вознаграждение

Сигнал вознаграждения для этой среды является дискретным временем, эквивалентным из следующего вознаграждения непрерывного времени, которое походит на функцию стоимости контроллера LQR.

$r e w a r d = - \int (x' Q x + u' R u) d t$

Здесь:

Q и R свойства среды.
x является вектором состояния среды.
u является входной силой.

Это вознаграждение является эпизодическим вознаграждением; то есть, совокупное вознаграждение через целый эпизод тренировки.

Среды математического маятника с наблюдением изображений

Эта среда является простым лишенным трения маятником, который первоначально зависает в нисходящем положении. Учебная цель состоит в том, чтобы заставить маятник стоять вертикально, не запинаясь за использование и падая минимального усилия по управлению.

Существует два варианта среды математического маятника, которые отличаются пробелом действия агента.

Дискретный — Агент может применить крутящий момент -2, -1, 0, 1, или 2 к маятнику.
Непрерывный — Агент может применить любой крутящий момент в области значений [-2,2].

Чтобы создать среду математического маятника, используйте rlPredefinedEnv функция.

Дискретный пробел действия

env = rlPredefinedEnv('SimplePendulumWithImage-Discrete');

Непрерывный пробел действия

env = rlPredefinedEnv('SimplePendulumWithImage-Continuous');

Для примеров, которые обучают агента в этой среде, см.:

Свойства среды

Свойство	Описание	Значение по умолчанию
`Mass`	Масса маятника	1
`RodLength`	Длина маятника	1
`RodInertia`	Момент маятника инерции	0
`Gravity`	Ускорение из-за силы тяжести в метрах в секунду	9.81
`DampingRatio`	Затухание на движении маятника	0
`MaximumTorque`	Максимальный входной крутящий момент в Ньютонах	2
`Ts`	Шаг расчета в секундах	0.05
`State`	Состояние среды, заданное как вектор-столбец со следующими переменными состояния: Угол маятника Скорость вращения маятника	[0 0 ]'
`Q`	Матрица веса для компонента наблюдения сигнала вознаграждения	[1 0;0 0.1]
`R`	Матрица веса для компонента действия сигнала вознаграждения	`1e-3`

Действия

В средах математического маятника агент взаимодействует со средой с помощью одного сигнала действия, крутящий момент, примененный в основе маятника. Среда содержит объект спецификации для этого сигнала действия. Для среды с a:

Дискретный пробел действия, спецификацией является rlFiniteSetSpec объект.
Непрерывный пробел действия, спецификацией является rlNumericSpec объект.

Для получения дополнительной информации о получении спецификаций действия средой смотрите getActionInfo.

Наблюдения

В среде математического маятника агент получает следующие сигналы наблюдения

50 50 полутоновое изображение положения маятника
Производная угла маятника

Для каждого сигнала наблюдения среда содержит rlNumericSpec спецификация наблюдения. Все наблюдения непрерывны и неограниченны.

Для получения дополнительной информации о получении спецификаций наблюдения средой смотрите getObservationInfo.

Вознаграждение

Сигнал вознаграждения для этой среды:

$r_{t} = - (θ_{t}^{2} + 0.1 * {\dot{θ}}_{t}^{2} + 0.001 * u_{t - 1}^{2})$

Здесь:

_θt является углом маятника смещения от вертикального положения.
${\dot{θ}}_{t}$ производная угла маятника.
_ut-1 является усилием по управлению от предыдущего временного шага.

Смотрите также

rlPredefinedEnv | train

Документация