深入理解强化学习——马尔可夫决策过程：占用度量-[代码实现]

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在文章《深入理解强化学习——马尔可夫决策过程：占用度量-[基础知识]》我们介绍了占用度量的基础知识，本文我们编写代码来近似估计占用度量。这里我们采用近似估计，即设置一个较大的采样轨迹长度的最大值，然后采样很多次，用状态动作对出现的频率估计实际概率。

def occupancy(episodes, s, a, timestep_max, gamma):
    ''' 计算状态动作对（s,a）出现的频率,以此来估算策略的占用度量 '''
    rho = 0
    total_times = np.zeros(timestep_max)  # 记录每个时间步t各被经历过几次
    occur_times = np.zeros(timestep_max)  # 记录(s_t,a_t)=(s,a)的次数
    for episode in episodes:
        for i in range(len(episode)):
            (s_opt, a_opt, r, s_next) = episode[i]
            total_times[i] += 1
            if s == s_opt and a == a_opt:
                occur_times[i] += 1
    for i in reversed(range(timestep_max)):
        if total_times[i]:
            rho += gamma**i * occur_times[i] / total_times[i]
    return (1 - gamma) * rho


gamma = 0.5
timestep_max = 1000

episodes_1 = sample(MDP, Pi_1, timestep_max, 1000)
episodes_2 = sample(MDP, Pi_2, timestep_max, 1000)
rho_1 = occupancy(episodes_1, "s4", "概率前往", timestep_max, gamma)
rho_2 = occupancy(episodes_2, "s4", "概率前往", timestep_max, gamma)
print(rho_1, rho_2)

输出：

0.112567796310472 0.23199480615618912

通过以上结果可以发现，不同策略对于同一个状态动作对的占用度量是不一样的。

参考文献：
[1] 张伟楠, 沈键, 俞勇. 动手学强化学习[M]. 人民邮电出版社, 2022.
[2] Richard S. Sutton, Andrew G. Barto. 强化学习（第2版）[M]. 电子工业出版社, 2019
[3] Maxim Lapan. 深度强化学习实践（原书第2版）[M]. 北京华章图文信息有限公司, 2021
[4] 王琦, 杨毅远, 江季. Easy RL：强化学习教程 [M]. 人民邮电出版社, 2022