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- # Stable Baselines/RL算法/A2C
> *Stable Baselines*官方文档中文版 [Github](https://github.com/DBWangML/stable-baselines-zh) [CSDN](https://blog.csdn.net/The_Time_Runner/article/details/97392656)
> 尝试翻译官方文档，水平有限，如有错误万望指正
[Asynchronous Advantage Actor Critic (A3C)](https://arxiv.org/abs/1602.01783)的同步、确定性变体。它使用多个*workers*来避免使用重播缓存。
- ## 要点核心
- 原始文献： https://arxiv.org/abs/1602.01783
- *OpenAI* 博客： https://openai.com/blog/baselines-acktr-a2c/
- `python -m stable_baselines.a2c.run_atari`在*Atari*游戏以 40M frames = 10M timesteps运行算法。更多选项参见帮助文档（`-h`）
- `python -m stable_baselines.a2c.run_mujoco`在*Mujoco*环境以1M frames运行算法
- ## 适用情况
- 迭代策略：✔️
- 多进程：✔️
- *Gym*空间：
| Space | Action | Observation |
| ------------- | ------ | ----------- |
| Discrete | ✔️ | ✔️ |
| Box | ✔️ | ✔️ |
| MultiDiscrete | ✔️ | ✔️ |
| MultiBinary | ✔️ | ✔️ |
- ## 案例
用4进程在*CartPole-v1*上训练*A2C* *agent*。
```python
import gym
from stable_baselines.common.policies import MlpPolicy
from stable_baselines.common.vec_env import SubprocVecEnv
from stable_baselines import A2C
# multiprocess environment
n_cpu = 4
env = SubprocVecEnv([lambda: gym.make('CartPole-v1') for i in range(n_cpu)])
model = A2C(MlpPolicy, env, verbose=1)
model.learn(total_timesteps=25000)
model.save("a2c_cartpole")
del model # remove to demonstrate saving and loading
model = A2C.load("a2c_cartpole")
obs = env.reset()
while True:
action, _states = model.predict(obs)
obs, rewards, dones, info = env.step(action)
env.render()
```
- ## 参数
```python
stable_baselines.a2c.A2C(policy, env, gamma=0.99, n_steps=5, vf_coef=0.25, ent_coef=0.01, max_grad_norm=0.5, learning_rate=0.0007, alpha=0.99, epsilon=1e-05, lr_schedule='constant', verbose=0, tensorboard_log=None, _init_setup_model=True, policy_kwargs=None, full_tensorboard_log=False)
```
*A2C*(*Adavantage Actor Critic*)模型类， https://arxiv.org/abs/1602.01783
| 参数 | 数据类型 | 意义 |
| -------------------- | ------------------------ | ------------------------------------------------------------ |
| policy | ActorCriticPolicy or str | 所用策略模型（MlpPolicy, CnnPolicy, CnnLstmPolicy, …） |
| env | Gym environment or str | 学习所用环境（如果注册在Gym，可以是str） |
| gamma | float | 贴现因子 |
| n_steps | int | 运行环境每次更新所用时间步（例如：当n_env是同时运行的环境副本数量时，batch=n_steps*n_env） |
| vf_coef | float | 用于损失函数的价值函数系数 |
| ent_coef | float | 损失函数的信息熵系数 |
| max_grad_norm | float | 梯度裁剪的最大值 |
| learning_rate | float | 学习率 |
| alpha | float | RMSProp衰减参数（默认：0.99） |
| epsilon | float | RMSProp epsilon（稳定RMSProp更新中分母的平方根计算）（默认1e-5） |
| lr_schedule | str | 更新学习率的调度程序类型（‘linear’, ‘constant’, ‘double_linear_con’, ‘middle_drop’ or ‘double_middle_drop’） |
| verbose | int | 日志信息级别：0None；1训练信息；2tensorflow调试 |
| tensorboard_log | str | tensorboard的日志位置（如果时None，没有日志） |
| _init_setup_model | bool | 实例化创建过程中是否建立网络（只用于载入） |
| policy_kwargs | dict | 创建过程中传递给策略的额外参数 |
| full_tensorboard_log | bool | 当使用tensorboard时，是否记录额外日志（这个日志会占用大量空间） |
- ***action_probability(observation, state=None, mask=None, actions=None, logp=False)***
如果`actions`时`None`，那么从给定观测中获取模型的行动概率分布。
> 输出取决于行动空间：
- 离散：每个可能行动的概率
- *Box*：行动输出的均值和标准差
然而，如果`actions`不是`None`，这个函数会返回给定行动与参数（观测，状态，...）用于此模型的概率。对于离散行动空间，它返回概率密度；对于连续行动空间，则是概率密度。这是因为在连续空间，概率密度总是*0*，更详细的解释见 <http://blog.christianperone.com/2019/01/>
| 参数 | 数据类型 | 意义 |
| ----------- | ---------- | ------------------------------------------------------------ |
| observation | np.ndarray | 输入观测 |
| state | np.ndarray | 最新状态（可以时None，用于迭代策略） |
| mask | np.ndarray | 最新掩码（可以时None，用于迭代策略） |
| actions | np.ndarray | （可选参数）为计算模型为每个给定参数选择给定行动的似然。行动和观测必须具有相同数目（None返回完全动作分布概率） |
| logp | bool | （可选参数）当指定行动，返回log空间的概率。如果action是None，则此参数无效 |
**返回：**（*np.ndarray*）模型的（*log*）行动概率
- ***get_env()***
返回当前环境（如果没有定义可以是*None*）
**返回：**（*Gym Environment*）当前环境
- ***get_parameter_list()***
获取模型参数的*tensorflow*变量
包含连续训练（保存/载入）所用的所有必要变量
**返回：**（*list*）*tensorflow*变量列表
- ***get_parameters()***
获取当前模型参数作为变量名字典 -> *ndarray*
返回：（OrderedDict）变量名字典 -> 模型参数的*ndarray*
- ***learn(total_timesteps, callback=None, seed=None, log_interval=100, tb_log_name='A2C', reset_num_timesteps=True)***
返回一个训练好的模型
| 参数 | 数据类型 | 意义 |
| ------------------- | --------------------- | ------------------------------------------------------------ |
| total_timesteps | int | 训练用样本总数 |
| seed | int | 训练用初始值，如果None:保持当前种子 |
| callback | function (dict, dict) | 与算法状态的每步调用的布尔函数。采用局部或全局变量。如果它返回false,训练被终止 |
| log_interval | int | 记录日志之前的时间步数 |
| tb_log_name | str | 运行tensorboard日志的名称 |
| reset_num_timesteps | bool | 是否重置当前时间步数（日志中使用） |
**返回：**(*BaseRLModel*) 训练好的模型
- ***classmethod load(load_path, env=None, **kwargs)***
从文件中载入模型
| 参数 | 数据类型 | 意义 |
| --------- | ---------------- | ------------------------------------------------------------ |
| load_path | str or file-like | 文件路径 |
| env | Gym Envrionment | 载入模型运行的新环境（如果你只是从训练好的模型来做预测可以是None） |
| kwargs | | 载入过程中能改变模型的额外 |
- ***load_parameters(load_path_or_dict, exact_match=True)***
从文件或字典中载入模型参数
字典关键字是*tensorflow*变量名，可以用`get_parameters`函数获取。如果`exact_match`是`True`,字典应该包含所有模型参数的关键字，否则报错*RunTimeError*。如果是False,只有字典包含的变量会被更新。
此函数并不载入agent的超参数
> 警告：
>
> 此函数不更新训练器/优化器的变量（例如：*momentum*）。因为使用此函数的这种训练可能会导致低优化结果
| 参数 | 数据类型 | 意义 |
| ----------------- | ---------------- | ------------------------------------------------------------ |
| load_path_or_dict | str or file-like | 保存参数或变量名字典位置->载入的是ndarrays |
| exact_match | bool | 如果是True，期望载入关键字包含模型所有变量的字典；如果是False，只载入字典中提及的参数。默认True |
- ***predict(observation, state=None, mask=None, deterministic=False)***
获取从参数得到的模型行动
| 参数 | 数据类型 | 意义 |
| ------------- | ---------- | ------------------------------------ |
| observation | np.ndarray | 输入观测 |
| state | np.ndarray | 最新状态（可以时None，用于迭代策略） |
| mask | np.ndarray | 最新掩码（可以时None，用于迭代策略） |
| deterministic | bool | 是否返回确定性的行动 |
**返回：**(*np.ndarray, np.ndarray*) 模型的行动和下一状态（用于迭代策略）
- ***pretrain(dataset, n_epochs=10, learning_rate=0.0001, adam_epsilon=1e-08, val_interval=None)***
用行为克隆预训练一个模型：在给定专家数据集上的监督学习
目前只支持*Box*和离散空间
| 参数 | 数据类型 | 意义 |
| ------------- | ------------- | -------------------------------------------------- |
| dataset | ExpertDataset | 数据集管理器 |
| n_epochs | int | 训练集上的迭代次数 |
| learning_rate | float | 学习率 |
| adam_epsilon | float | adam优化器的$\epsilon$ 值 |
| val_interval | int | 报告每代的训练和验证损失。默认最大纪元数的十分之一 |
返回：(*BaseRLModel*) 预训练好的模型
- ***save(save_path)***
保存当前参数到文件
| 参数 | 数据类型 | 意义 |
| --------- | ----------------------- | -------- |
| save_path | str or file-like object | 保存位置 |
- ***set_env(env)***
检查环境的有效性，如果是一致的，将其设置为当前环境
| 参数 | 数据类型 | 意义 |
| ---- | --------------- | ------------------- |
| env | Gym Environment | x学习一个策略的环境 |
- ***setup_model()***
创建训练模型所必须的函数的*tensorflow*图表