人工智能导论 第 3 章 · 实验四

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第 3 章 机器学习基础 · 实验四

走迷宫

这个迷宫里没有人告诉智能体该怎么走,只有一套计分规则:走进终点加 10 分,掉进陷阱扣 10 分,每走一步扣 0.1 分。本实验先由你亲自走一走,再让机器一格一格算出每个位置的价值,最后改一改奖励,看它的走法怎样跟着变。

建议用时30 分钟
对应课件第六节 第 47 至 54 页,第七节 第 55、61 页
一共几步三步,外加实验报告
交什么最后生成的实验报告

这 个 实 验 要 说 明 三 件 事

  1. 第 01 步强化学习里的状态、动作、奖励,分别对应迷宫里的什么。
  2. 第 02 步价值从终点开始一圈一圈往外铺。每一格都选算出来价值最大的方向走,就得到了最优策略。
  3. 第 03 步奖励怎么给,智能体就怎么走。奖励写错了,它会学出奇怪的行为。
01

自己走一走

对应 第六节 · 第 48、49 页

这一步看什么你现在就是智能体。你站的格子是状态,你按的方向是动作,每一步加减的分是奖励。

灰格:墙红格:陷阱绿格:终点黄点:你
先点一下地图,再用键盘上的方向键走,也可以点右边的按钮。撞到墙或者边界,会留在原地。

往哪走

走了几步0
这一局得分0.0
结局还在走

动 手 做

  1. 从起点走到终点,看右边的记录:每一步扣 0.1 分,走进终点加 10 分。
  2. 再走一次,这次尽量少走几步,比较两次的得分。
  3. 第三次故意走进陷阱,看得分变成多少。

应 该 看 到

步数越少,得分越高。最短要走 10 步,得分是 9.0。走进陷阱一局就结束,得分是负数。

你刚才在每一格做的决定,就是强化学习要让机器自己学会的事。

02

让机器一格一格算

对应 第六节 · 第 52、54 页,第七节 · 第 55 页

这一步看什么机器一开始把每一格的价值都当成 0。每扫一遍,它就用“眼前的奖励 + 0.95 × 邻格的价值”把每一格重算一次。

扫了 0 遍
格子里的数是目前算出的价值,颜色越蓝越值钱。箭头是这一格目前认为最好的方向,赭色粗线是从起点顺着箭头走的路线。

扫描

扫了几遍0
这一遍最大改动—
起点的价值0.0
起点连到终点了吗还没有
点“扫一遍”开始

动 手 做

  1. 点一次扫一遍,看哪些格子最先有了大的正数。
  2. 再一遍一遍地点,看数字和箭头怎样往外扩。记下扫到第几遍时,起点连到了终点。
  3. 点一直扫到不变,看最后的箭头和路线。

应 该 看 到

第一遍扫完,只有紧挨终点的两格有了 9.9。之后每扫一遍,价值就往外多铺一圈,箭头也跟着长出来,像水从终点渗出去一样。

扫到第 10 遍,起点第一次连到终点,因为最短的路正好 10 步。这就是课件第 55 页的动态规划。

03

改一改奖励,看它怎么走

对应 第七节 · 第 61 页

这一步看什么从起点到终点有两条一样长的路。左边那条贴着陷阱走,右边那条离陷阱远。改一改规则,看机器挑哪一条。

每次改动旋钮,机器都会重新算到不变,再从起点顺着箭头画出路线。路线的最后如果打了个圈,说明它停在原地不走了。

两个旋钮

走的是哪条路—
这条路几步—
记下的几组
打滑每步的分走的是哪条路
还没有记录

动 手 做

  1. 先看默认设置下它走哪条路,点记下这一组。
  2. 把打滑的可能性调到 20%,看路线变没变,再记下来。打滑是指你按了往上,却有可能滑向左边或右边。
  3. 把打滑调回 0,再把每走一步的分调到 +1,看会发生什么,再记下来。

应 该 看 到

不打滑时,两条路一样安全,它走了左边那条。会打滑以后,贴着陷阱走有滑进去的危险,它改走右边那条。

每走一步反而加分时,它不再去终点,走到边上就停下来原地打转。因为这一局一直不结束,它就能一直拿分。它并没有算错,是奖励规则写错了。

04

实验报告

整理数据,写下结论

前面三步的操作结果会自动写进报告。下面的题目按你实际看到的情况回答。

一第 01 步中,你最好的一趟用了几步、得了多少分?用自己的话说说,在这个迷宫里,状态、动作、奖励分别是什么。
二第 02 步中,第一遍扫完,哪些格子最先有了大的正数?扫到第几遍,起点连到了终点?为什么是这一遍?
三第 03 步中,打滑从 0 调到 20% 以后,路线怎样变了?每走一步的分调到 +1 以后,它还去终点吗?为什么?
总结学习总结
这个实验里,没有人告诉智能体正确的路线,它凭什么知道每一格该往哪走?还有哪里没弄明白?建议不少于一百字。
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人 工 智 能 导 论 上 机 实 验 报 告

走迷宫:动态规划与奖励设计

第 3 章 机器学习基础 · 实验四
姓名—
学号—
班级—
完成日期—

一实验数据记录

自己走
—
让机器算
—

二改奖励的记录

打滑每步的分走的是哪条路
未记录

三思考题

一、状态、动作、奖励
二、价值从终点往外铺
三、奖励决定走法

四学习总结

指导教师签字  
成绩  
保山学院 · 人工智能教研室 · 曹鼎鼎