在强化学习任务中,学习的目的就是找到能够长期累积奖赏最大化的策略。这里的策略实际上就相当于监督学习中的分类器或回归器,模型的形式并无差别。但不同的是,在强化学习中并没有监督学习中的有标记样本,换言之,没有人直接告诉机器在什么动作,只有等到最终结果揭晓,才能通过“反思”之前的动作是否正确来进行学习。因此,强化学习在某种意义上可看做具有“延迟标记信息”的监督学习问题。
实际上,单步强化学习任务对应了一个理论模型---K-摇臂赌博机。
有K个摇臂,赌徒在投入一个硬币后可选择按下其中一个摇臂,每个摇臂以一定的概率吐出硬币,但这个概率赌徒并不知道,赌徒的目标是通过一定的策略最大化自己的奖赏,即获得的最多的硬币。
1. 若仅为获知每个摇臂的期望奖赏,则可采用“仅探索”法:将所有的尝试机会平均分配给每个摇臂(即轮流按下每个摇臂),最后以每个摇臂各自的平均吐币概率作为其奖赏期望的近似估计。
2. 若仅为执行奖赏最大得到动作,则可采用“仅利用”法:按下目前最优的(即到目前为止平均奖赏最大的)摇臂,若有多个摇臂同为最优,则从中随机选取一个。
显然,“仅探索”法能很好地估计每个摇臂的奖赏,却会失去很多选择最优摇臂的机会;“仅利用”法则相反,它没有很好地估计摇臂期望奖赏,很可能经常选不到最优摇臂。因此,这两种方法都难以使最终的累积奖赏最大化。
所以,欲积累奖赏最大,则必须在“探索”和“利用”之间达成较好的折中。相应的策略有:
1. ε-贪心:基于一个概率来对探索和利用进行折中,每次尝试时,以ε的概率进行探索,即以均匀概率随机选取一个摇臂;以1-ε的概率进行利用,即选择当前平均奖赏最高的摇臂。
2. Softmax算法:基于当前已知的摇臂平均奖赏来对探索和利用进行折中。所各摇臂的平均奖赏相当,则选取个摇臂的概率也相当;若某些摇臂的平均奖赏明显高于其他摇臂,则它们被选取的概率也明显更高。