Gym

用于研发与比较强化学习算法的工具。

安装

pip install gym

环境

车杆问题，模型栗子CartPole-v0

env.step() ，传入0,1,表示车向左，右给1牛顿的力，现在要平衡这个车。

import gym
env = gym.make('CartPole-v0')
env.reset()
for _ in range(1000):
    env.render()
    env.step(env.action_space.sample()) # take a random action

我们可以尝试一下，01010101，现实生活中，会让这根杆转起来，当然这不是我们平衡这个车的目标咯。

import numpy as np
import random
import gym

env = gym.make('CartPole-v0')
env.reset()
s = 0
for _ in range(1000):
    env.render()
    env.step(s^1)
    s^=1

当然，我们可以切换场景，gym最重要的就是训练环境，有很多，有登山，走路的等等。

为达到我们平衡这个车杆的目标，我们可以设计我们自己的算法，当然我们需要知道当前车的状态，实际上step返回值有四个，包含了深度学习的常用概念。

observation ：环境对象，和你选的环境有关，例如你选的机器人训练环境，他就是机器人的关节等信息。
reward：通过前面的action，你得到的奖励。（大小不一定和模型选择相关）
done：游戏是否结束，（例如杆的角度倾斜太大了）
info：用于调试的信息，然而，官方环境不允许使用。

这就是Gym的经典的"agent-environment loop" （代理环境循环）。如图所示：

这个过程，首先reset()，返回一个环境对象。程序必须接受done方法，当满足done游戏结束标记，程序就退出。

【注】 render()重新绘制环境的一帧

import gym
env = gym.make('CartPole-v0')
for i_episode in range(20):
    observation = env.reset()
    for t in range(100):
        env.render()
        print(observation)
        action = env.action_space.sample()
        observation, reward, done, info = env.step(action)
        if done:
            print("Episode finished after {} timesteps".format(t+1))
            break

【注】这里我们打印了observation环境特性对象。

其含义，小车的位置，小车的速度，木棒的角度，木棒的速度。

Spaces(空间)

每一个环境都有 action_space，observation_space，他们的类型是Space,可以打印出来他们的属性。

import gym
env = gym.make('CartPole-v0')
print(env.action_space)
#> Discrete(2)
print(env.observation_space)
#> Box(4,)

Discrete空间允许随机确定的非负数，在这个案例中就是0,1。Box空间代表问题的n维空间。我们查看一下他的环境特性属性，4个数字。

print(env.observation_space.high)
#> array([ 2.4       ,         inf,  0.20943951,         inf])
print(env.observation_space.low)
#> array([-2.4       ,        -inf, -0.20943951,        -inf])

这有助于通用代码的编写。在车杆问题中，你可以给左右的力，你知道这些数据的含义了吗？幸运的是，你的算法学的越好，你就越少解释这些数据的含义。