【DRL】不同深度强化学习方法的特点和对比
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目录
主要分类与代表算法
类型 | 代表算法 | 核心思想 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
值函数方法（Value-based） | DQN, Double DQN, Dueling DQN | 学习状态-动作值函数 Q(s,a)，从而导出策略 | 易于实现，样本效率高，但对离散动作空间更友好 | 游戏（如 Atari）、简单控制任务 |
策略梯度方法（Policy Gradient） | REINFORCE, A2C, A3C | 直接优化策略 π(a, s)，使回报最大 | 策略稳定、可学习随机策略，容易陷入局部最优 | 可用于连续动作，收敛稳定，但方差大 |
Actor-Critic 方法 | A2C, A3C, PPO, DDPG, TD3, SAC | 同时学习策略（Actor）和价值函数（Critic） | 结合值函数和策略梯度的优势 | 高维动作空间，样本效率好 |
模型基方法（Model-based） | Dyna-Q, MuZero, Dreamer | 构建环境的模型以模拟未来 | 需要较高建模精度，样本效率高 | 数据昂贵环境，如机器人、现实交互 |
离线强化学习（Offline RL） | CQL, BCQ, IQL | 在已有数据上训练而不与环境交互 | 安全性高、适合真实系统 | 医疗推荐系统、自动驾驶 |
各方法详细对比表
方法 | 是否值函数 | 是否策略函数 | 是否使用模型 | 支持连续动作 | 样本效率 | 收敛稳定性 | 优缺点 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
DQN | ✅ | ❌ | ❌ | ❌ | 中等 | 中等 | 简单有效，适合离散动作，但不适合连续动作 |
Double DQN | ✅ | ❌ | ❌ | ❌ | 中等 | 高 | 减少过估计偏差，提升稳定性 |
Dueling DQN | ✅ | ❌ | ❌ | ❌ | 中等 | 高 | 引入优势函数，提高估值质量 |
A2C/A3C | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ | 高 | 中等 | 异步训练，提升效率，适用于连续控制 |
PPO | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ | 高 | 高 | 稳定性好，调参相对容易，工业级常用 |
DDPG | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ | 高 | 较差 | 适合连续动作，但易陷入局部最优 |
TD3 | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ | 高 | 高 | 改进DDPG，降低Q值过估计，提升性能 |
SAC | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ | 高 | 高 | 加入熵奖励，探索性强，效果好 |
MuZero | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ | 高 | 高 | 不用知道环境规则，性能优异，但计算量大 |
Dreamer | ✅ | ✅ | ✅ | ✅ | 非常高 | 中等 | 构建潜在空间模型，适合视觉输入任务 |
CQL / IQL | ✅ | ✅ | ❌ | ✅ | 高 | 中等 | 适用于无法交互的离线场景，安全性强 |
应用建议
一般建议：
- 离散动作空间（如游戏、策略决策） → DQN 系列、PPO
- 连续动作控制（如机器人控制） → DDPG, TD3, SAC, PPO
- 需要高样本效率的任务（如现实机器人）→ SAC、模型基方法
- 需要稳定和可靠训练过程 → PPO、TD3、SAC
- 离线数据训练 → CQL、IQL
- 计算资源充足、追求极限性能 → MuZero、Dreamer
探索 vs. 利用（Exploration vs. Exploitation）策略差异
- DQN 通过 ε-greedy 进行简单的探索；
- SAC 引入最大熵原则，使策略具有天然的“随机性”，探索性强；
- PPO 虽然是策略梯度方法，但其“剪切更新”（clipped objective）让探索更加平稳；
- 模型基方法 利用预测未来状态来减少真实探索次数。
如果你在环境中探索成本高，选择 SAC、Dreamer、MuZero 可能更有优势。
稳定性 vs. 收敛速度的权衡
- DQN 系列：训练不稳定，需目标网络、经验回放等技巧；
- PPO：虽然慢，但非常稳定，是工业界最常用算法之一；
- TD3 和 SAC：比 DDPG 更稳定，但训练成本也略高；
- 模型基方法：收敛快但对模型精度依赖大，容易偏差。
样本效率的意义
- 在仿真环境中，样本效率可能不是问题（如 Atari 上的训练几十万步）；
- 在现实系统中（如医疗、金融、机器人），高样本效率 + 安全性尤为关键，这时：
- 模型基方法（Dreamer, MuZero）
- 离线强化学习（CQL, IQL）会是更好的选择。
可扩展性和并行训练
- A3C / IMPALA：可并行多个代理训练，适合大规模训练；
- PPO 和 SAC：支持分布式实现；
- MuZero 和 Dreamer：可与大型模型（如 Transformer）集成，支持图像输入。
训练技巧和机制差异
技术 | 用途 | 常用算法 |
|---|---|---|
目标网络（Target Network） | 稳定训练 | DQN, DDPG, TD3 |
经验回放（Replay Buffer） | 提高样本效率 | DQN, DDPG, TD3, SAC |
策略熵正则化 | 保持策略随机性 | SAC |
剪切损失（Clipped Objective） | 避免策略剧变 | PPO |
模拟环境（Model Rollouts） | 减少真实交互 | Dreamer, MuZero |
最新发展趋势（2024–2025）
- 大模型 + 强化学习融合：强化学习被用来训练大型语言模型（如 OpenAI 的 RLHF）；
- 因果强化学习（Causal RL）：结合因果推理提高泛化能力；
- 层次强化学习（Hierarchical RL）：解决长序列决策任务；
- 多智能体强化学习（Multi-agent RL）：用于博弈、合作、竞赛场景；
- 通用策略学习（Generalist Agents）：如 Gato、Open X-Embodiment，在不同环境中共享策略模型。
原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。
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