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强化学习期末考核心:贝尔曼方程手写推导与MDP建模规范
2026/10/28 2:11:08 网站建设 项目流程

简介:本资源为高校强化学习课程期末考试真题及详解,面向计算机、人工智能及相关专业本科生与考研备考学生,聚焦核心算法理解与公式推导能力训练。试卷覆盖折扣因子、状态转移与奖励建模、贝尔曼方程求解、蒙特卡洛与TD方法对比、SARSA与Q-learning更新机制差异、值迭代与策略迭代流程、MDP建模、Q函数计算及基于模型/无模型方法辨析等十大关键知识点,题型含推导、计算、比较与简答,具备典型性与教学指导价值。资源为单文件PDF,大小332KB,内容排版清晰,含完整题目、分步解析与标准答案,便于打印复习或碎片化研读。目前已有290人学习下载,适合考前冲刺、概念查漏与算法思维强化。

1. 强化学习期末考不是背公式,而是考你“能不能把贝尔曼方程写对、写全、写进具体状态里”

A卷强化学习期末考试,90%的失分点不在算法思想,而在状态建模的完整性——比如题干只说“s₁有50%向下到s₃、50%向右到s₂”,但没明说“向下/向右是否可能失败”“有没有其他转移路径”,很多同学直接套用标准贝尔曼公式,漏掉隐含的自环、终止判定或奖励归属,结果整道题全扣。这不是粗心,是没吃透“MDP四元组(S, A, P, R)必须一一映射到方程中”的硬规则。这张卷子真正拉开差距的,是第1题网格世界的状态值求解、第4题SARSA数值更新、第6题多动作下的状态值比选——三道题合计占42分,全部要求你:手写推导、代入不跳步、变量下标零错误。适合正在突击复习、刷过教材但一做真题就卡壳的同学;不适合想靠概念口述混过面试的人——这里不考“你觉得Q-learning像不像人类决策”,只考“你算出的Q(s₁,a₁)是不是3.85”。


2. 高频考点:贝尔曼方程与状态值计算——必须手写推导,不能只写结论

2.1 网格世界建模:四个状态的转移图必须先画出来再列方程

题干给出s₁→s₃(下)、s₁→s₂(右)、s₂→s₄、s₃→s₄、s₄为终止态,但没有显式说明s₄的转移概率和奖励。这是第一个陷阱:s₄是终止状态,意味着P(s₄|s₄,a)=1且r(s₄,a)=0(无论采取什么动作),因此ν(s₄)=0。这个前提不写进方程,后续所有推导都无效。正确做法是:

  • 先在草稿纸上画出状态节点,用带箭头的线标注转移方向、概率、即时奖励;
  • 对每个非终止状态,按定义展开贝尔曼期望方程:

    νₚ(s) = Σₐ π(a|s) [ r(s,a) + γ Σₛ′ P(s′|s,a) νₚ(s′) ]
    这里策略π未指定,题目默认采用题干描述的确定性策略(如“s₁总是50%下+50%右”即π(下|s₁)=0.5, π(右|s₁)=0.5),所以可直接代入。

2.2 第1题完整推导:从方程列写到数值代入,一步都不能省

题干明确:

  • s₁:r=-1,P(s₃|s₁,下)=0.5(r=1),P(s₂|s₁,右)=0.5(r=1)
  • s₂:r=1,P(s₄|s₂,右)=1(r=0)
  • s₃:r=1,P(s₄|s₃,右)=1(r=0)
  • s₄:r=0,P(s₄|s₄,·)=1 → ν(s₄)=0

代入贝尔曼方程:

ν(s₁) = 0.5 × [1 + 0.9 × ν(s₃)] + 0.5 × [1 + 0.9 × ν(s₂)] - 1 // 注意:s₁自身奖励是-1,不是转移后的奖励!题干说“状态s₁的奖励为-1”,即r(s₁)= -1,而转移时的奖励是额外加成 // 所以向下转移:获得r(s₁)=-1 + 转移奖励1 = 0;向右转移:-1 + 1 = 0 → 两项都是0?不对! // 关键重读:“状态s₁的奖励为-1”是进入s₁时获得的奖励(即r(s₀→s₁)=-1),但本题中s₁是起始状态,其奖励应计入第一次决策前 // 标准MDP中,奖励r(s,a,s′)绑定在转移上。题干表述模糊,但结合答案反推:s₁的-1是状态固有奖励,转移奖励另计 // 因此正确拆解: // 向下:r(s₁,下,s₃) = -1(s₁状态奖励) + 1(转移奖励) = 0 // 向右:r(s₁,右,s₂) = -1 + 1 = 0 // 故 ν(s₁) = 0.5×[0 + 0.9ν(s₃)] + 0.5×[0 + 0.9ν(s₂)] = 0.45ν(s₃) + 0.45ν(s₂)

提示:教材常把状态奖励r(s)和转移奖励r(s,a,s′)混用,但考试必须严格按题干字面处理。本题答案给出ν(s₁) = -0.5 + γν(s₄)/(1-γ),说明命题人将s₁的-1视为单次惩罚,且转移奖励独立于状态奖励。因此更稳妥的写法是:
ν(s₁) = -1 + 0.5×[1 + 0.9ν(s₃)] + 0.5×[1 + 0.9ν(s₂)]
即:先收-1,再对每次转移分别加转移奖励和折扣后价值。这是阅卷给分的关键步骤。

继续:

  • ν(s₂) = 1 + 0.9ν(s₄) = 1(因ν(s₄)=0)
  • ν(s₃) = 1 + 0.9ν(s₄) = 1
  • ν(s₄) = 0

代入得:ν(s₁) = -1 + 0.5×(1+0.9×1) + 0.5×(1+0.9×1) = -1 + (1.9) = 0.9
但题干答案写的是-0.5 + γν(s₄)/(1-γ) = -0.5 + 0 = -0.5?矛盾。
真相是:题干答案有印刷错误。重新审题:“状态s₁的奖励为-1,有50%概率向下转移至s₃(奖励为1),50%概率向右转移至s₂(奖励为1)”——这里的“奖励为1”指转移奖励,即r(s₁,下,s₃)=1,r(s₁,右,s₂)=1,而s₁自身无额外奖励。那么s₁的即时收益就是转移奖励,-1是干扰项?不,再看原文:“(1) 状态s₁的奖励为-1,有50%概率向下转移至s₃(奖励为1)……”——语法上,“奖励为-1”修饰“状态s₁”,“奖励为1”修饰“转移至s₃”,二者并存。标准解法应为:

  • 进入s₁时获r=-1;
  • 从s₁执行动作后,再获转移奖励r(s₁,a,s′);
  • 故总收益 = -1 + r(s₁,a,s′)。

因此:
ν(s₁) = 0.5×[-1 + 1 + 0.9ν(s₃)] + 0.5×[-1 + 1 + 0.9ν(s₂)] = 0.45ν(s₃) + 0.45ν(s₂)
ν(s₂) = 1 + 0.9ν(s₄) = 1
ν(s₃) = 1 + 0.9ν(s₄) = 1
→ ν(s₁) = 0.45×1 + 0.45×1 = 0.9

但题干答案写ν(s₁) = -0.5 + γν(s₄)/(1-γ) = -0.5,说明命题人把s₁的-1当作唯一奖励,转移奖励1被忽略?不可能。最终确认:考试时以题干所给答案格式为准,即按答案反推,s₁的-1是净奖励,转移奖励已包含在“至s₃(奖励为1)”中,故s₁→s₃的总奖励是-1+1=0,s₁→s₂同理。因此ν(s₁) = 0.5×[0 + 0.9ν(s₃)] + 0.5×[0 + 0.9ν(s₂)],ν(s₂)=1+0.9×0=1,ν(s₃)=1+0.9×0=1,ν(s₁)=0.9。而题干答案-0.5是错的——这恰恰是易错点:盲目抄答案不验证逻辑,导致整个知识链崩塌。

2.3 第6题:多动作状态值比选,本质是策略评估的离散穷举

题干:S={s₁,s₂,s₃}, A={a₁,a₂,a₃},已知从s₁采取a₁到s₂得奖励4,采取a₂到s₃得奖励2;ν(s₂)=6, ν(s₃)=5;γ=0.9。求s₁在不同策略下的状态值。
注意:“不同策略下”指:策略π可选择a₁或a₂(a₃无定义,忽略),因此只有两种可能策略:π₁(s₁)=a₁,π₂(s₁)=a₂。

  • 若π(s₁)=a₁:ν_π(s₁) = r(s₁,a₁,s₂) + γν(s₂) = 4 + 0.9×6 = 4 + 5.4 = 9.4
  • 若π(s₁)=a₂:ν_π(s₁) = r(s₁,a₂,s₃) + γν(s₃) = 2 + 0.9×5 = 2 + 4.5 = 6.5
    关键点:题目没给s₁采取a₃的转移,所以a₃不可选;也没说s₂/s₃的策略,但状态值ν(s₂),ν(s₃)已给出,说明它们是固定值,无需再迭代——这是策略评估的典型设定:给定策略π,计算ν_π,而s₂/s₃的ν已知,相当于“子问题已解”。考生常错在试图对s₂/s₃再列方程,浪费时间且引入错误。

2.4 真题演练:补全缺失的贝尔曼方程并求解

题目:某MDP有状态s₁,s₂,s₃,s₃为终止态(ν(s₃)=0)。转移如下:

  • s₁:以概率0.7执行a₁→s₂(r=3),0.3执行a₂→s₁(r=-2)
  • s₂:以概率1.0执行a₃→s₃(r=5)
  • 策略π满足π(a₁|s₁)=0.7, π(a₂|s₁)=0.3, π(a₃|s₂)=1
    求ν_π(s₁)和ν_π(s₂),γ=0.8。

答题思路:

  1. 先写s₂的方程:ν_π(s₂) = r(s₂,a₃,s₃) + γν(s₃) = 5 + 0.8×0 = 5
  2. 再写s₁的方程:ν_π(s₁) = 0.7×[3 + 0.8×ν(s₂)] + 0.3×[-2 + 0.8×ν(s₁)]
    → ν_π(s₁) = 0.7×(3 + 0.8×5) + 0.3×(-2 + 0.8ν_π(s₁))
    → ν_π(s₁) = 0.7×(3+4) + 0.3×(-2) + 0.24ν_π(s₁)
    → ν_π(s₁) - 0.24ν_π(s₁) = 0.7×7 - 0.6 = 4.9 - 0.6 = 4.3
    → 0.76ν_π(s₁) = 4.3 → ν_π(s₁) ≈ 5.6579

为什么这样答:

  • 必须显式写出策略概率π(a|s),不能直接写“s₁选a₁得3”;
  • s₁自环(a₂→s₁)导致方程含ν_π(s₁)自身,必须移项求解;
  • 数值保留小数点后4位,因考试允许计算器,但中间步骤不能四舍五入。

3. 高频考点:MC、TD、SARSA、Q-learning——考法就三种:判类型、写公式、算数值

3.1 在线vs离线:不是记结论,而是看“更新时机”

蒙特卡洛(MC)是离线算法,因为:

  • 它必须等待一个完整episode结束(如棋局终了、机器人撞墙停止),才能计算从每个状态出发的回报Gₜ = rₜ + γrₜ₊₁ + ... + γᵀ⁻ᵗrₜ,然后用Gₜ更新ν(sₜ);
  • 更新发生在episode末尾,无法在第t步就调整对sₜ的估计。

时间差分(TD)是在线算法,因为:

  • 它在每一步t就用TD error δₜ = rₜ₊₁ + γν(sₜ₊₁) - ν(sₜ) 更新ν(sₜ);
  • 不需要知道后续所有奖励,仅依赖下一步的即时奖励rₜ₊₁和当前对sₜ₊₁的估计ν(sₜ₊₁)。

提示:面试官如果追问“为什么TD能在线”,核心答案是:TD用bootstrapping(自举)替代了MC的full sampling(全采样)。MC靠真实轨迹均值逼近期望,TD靠已有估计迭代逼近——这就是“在线”的数学本质。

3.2 SARSA与Q-learning:公式差异在max,策略差异在on/off

SARSA更新式:

Q(s_t, a_t) ← Q(s_t, a_t) + α [ r_{t+1} + γ Q(s_{t+1}, a_{t+1}) - Q(s_t, a_t) ]

Q-learning更新式:

Q(s_t, a_t) ← Q(s_t, a_t) + α [ r_{t+1} + γ \max_{a'} Q(s_{t+1}, a') - Q(s_t, a_t) ]

区别不在符号,而在语义:

  • SARSA中aₜ₊₁是实际执行的动作(由当前ε-greedy策略选出),所以它学的是“按当前策略走,能得到多少”;
  • Q-learning中max Q(sₜ₊₁,a′)是理论上最优动作的Q值,不管当前策略是否真会选它,所以它学的是“环境允许的最好结果是多少”。

因此:

  • SARSA是on-policy:行为策略=目标策略,更新数据来自正在学习的策略;
  • Q-learning是off-policy:行为策略(如ε-greedy)生成数据,目标策略(greedy)更新Q,二者分离。

真题演练:
题目:某智能体在状态s₁选动作a₁,得r=2,转移到s₂;在s₂按ε-greedy选a₂(Q(s₂,a₂)=4, Q(s₂,a₃)=1),γ=0.9, α=0.1。若当前Q(s₁,a₁)=3,求更新后Q(s₁,a₁)。

  • 若用SARSA:Q(s₁,a₁) ← 3 + 0.1×[2 + 0.9×4 - 3] = 3 + 0.1×(2+3.6-3) = 3 + 0.1×2.6 = 3.26
  • 若用Q-learning:Q(s₁,a₁) ← 3 + 0.1×[2 + 0.9×max(4,1) - 3] = 3 + 0.1×(2+3.6-3) = 同样3.26?等等——max是4,没错,但此处a₂被选中只是巧合,Q-learning的max不依赖实际选哪个,所以结果相同。但若s₂的Q值为Q(s₂,a₂)=1, Q(s₂,a₃)=4,则SARSA用1,Q-learning用4,结果迥异。考试必考这种对比场景。

3.3 n-step SARSA:统一框架下的参数调节艺术

n-step SARSA的回报估计为:
Gₜ⁽ⁿ⁾ = rₜ₊₁ + γrₜ₊₂ + ... + γⁿ⁻¹rₜ₊ₙ + γⁿQ(sₜ₊ₙ, aₜ₊ₙ)
当n=1:Gₜ⁽¹⁾ = rₜ₊₁ + γQ(sₜ₊₁, aₜ₊₁) → 标准SARSA(TD(0))
当n→∞:Gₜ⁽∞⁾ = rₜ₊₁ + γrₜ₊₂ + γ²rₜ₊₃ + ... → MC回报(需episode结束)
考点本质:n是偏差-方差权衡的旋钮。n小→估计偏差大(因依赖Q的初始猜测),但方差小(因少用随机样本);n大→偏差小(接近真实期望),但方差大(因长轨迹波动强)。考试不会让你推导,但会问:“n=10时,算法更像MC还是SARSA?”答:“更像MC,因n大则方差主导,需更多样本稳定,收敛慢但渐近无偏”。

3.4 真题演练:手算Q-learning更新并解释策略含义

题目:状态s,动作a₁,a₂;Q(s,a₁)=5, Q(s,a₂)=3;执行a₁得r=1,转移到s′;s′处Q(s′,a₁)=2, Q(s′,a₂)=6;γ=0.9, α=0.2。求更新后Q(s,a₁),并说明该更新如何体现off-policy特性。

计算:
Q(s,a₁) ← 5 + 0.2 × [1 + 0.9 × max(2,6) - 5] = 5 + 0.2 × (1 + 5.4 - 5) = 5 + 0.2 × 1.4 = 5.28

解释off-policy:

  • 更新时用了max Q(s′,a′)=6,对应动作a₂;
  • 但智能体在s′实际可能选a₁(如ε-greedy中a₁被随机选中),Q-learning仍用a₂的Q值;
  • 这说明:学习目标(greedy策略)与行为策略(ε-greedy)解耦,数据由ε-greedy生成,知识由greedy吸收——这就是off-policy的实质。

注意:若题目问“SARSA此时更新多少”,则必须用实际选的动作的Q值,哪怕它很小。这是阅卷扣分重灾区。


4. 易错点:十个高频失分陷阱,错一个扣3分起步

4.1 贝尔曼方程漏写策略概率π(a|s),直接写r(s,a)+γΣPν

错在哪:把策略评估(policy evaluation)写成最优控制(optimal control),方程变成ν(s) = maxₐ[r(s,a) + γΣPν(s′)],但题干明确是“给定策略π”,必须带π。
为什么错:混淆了“评估一个策略”和“改进一个策略”的任务边界。考试中凡出现“当前策略π”“按题干描述行动”,就必须用带π的期望形式。
怎么答对:先写“根据策略π,状态s的价值为:ν_π(s) = Σₐ π(a|s) [ r(s,a) + γ Σₛ′ P(s′|s,a) ν_π(s′) ]”,再代入具体π值。

4.2 把状态奖励r(s)和转移奖励r(s,a,s′)混为一谈,导致符号错乱

错在哪:题干说“s₁奖励为-1”,学生直接写ν(s₁) = -1 + γΣ...,却忽略s₁→s₂时还有额外奖励1,结果-1和1抵消,ν(s₁)只剩γ项,完全偏离题意。
为什么错:MDP中r(s,a,s′)是核心,r(s)是简化记号(等价于ΣₐΣₛ′ π(a|s)P(s′|s,a)r(s,a,s′)),考试题干若同时出现两者,必有区分意图。
怎么答对:遇到“状态s奖励为X”,立刻在草稿写“r(s) = X”;遇到“转移至s′奖励为Y”,写“r(s,a,s′) = Y”;最后组合时,若s是起始态,r(s)计入第一步;若s是中间态,r(s)已在上一步计入。

4.3 SARSA数值题中,误用Q(sₜ₊₁,aₜ₊₁)为max Q,或Q-learning中误用实际动作Q

错在哪:看到“s₂选a₂”,就认为SARSA和Q-learning更新一样,抄同一行代码。
为什么错:SARSA的aₜ₊₁是行为策略输出,Q-learning的max是目标策略输出,二者哲学不同。考试故意设置s₂的Q值相近(如4和3.9),诱使你忽略差异。
怎么答对:SARSA题干必写“接着选择a₂”,Q-learning题干必写“下一个状态所有动作中最大Q值为...”。答题时圈出关键词,强制自己写两遍公式再代入。

4.4 值迭代与策略迭代步骤颠倒,或漏写“策略改进后需重新评估”

错在哪:写策略迭代步骤为“1.初始化π 2.更新ν 3.更新π”,漏掉“4.用新π重新算ν,再改进π”,导致循环不闭合。
为什么错:策略迭代是交替过程,ν不收敛则π改进无效。考试常考“第k轮策略πᵏ是否最优”,答案取决于νᵏ是否满足贝尔曼最优方程。
怎么答对:默写标准四步:I. 初始化任意π⁰;II. 策略评估:解ν_πᵏ;III. 策略改进:πᵏ⁺¹(s) = argmaxₐ[r(s,a) + γΣPν_πᵏ(s′)];IV. 若πᵏ⁺¹ ≠ πᵏ,返回II。强调“评估是为改进提供依据,改进后必须再评估”。

4.5 模型-based与model-free应用场景张冠李戴,说“机器人导航用模型法”

错在哪:模型法需精确P(s′|s,a),而机器人导航中传感器噪声大、P难建模,反而是DQN等无模型法主流。
为什么错:死记“模型法样本效率高”,忽略“高样本效率的前提是模型准”。模型不准时,规划结果比随机还差。
怎么答对:模型法适用场景必须满足“环境动力学稳定、可解析建模”,如经典控制(倒立摆)、棋类(规则确定);无模型法适用“环境黑箱、高维观测(图像)、试错成本低”,如游戏AI、机械臂抓取。


5. 高频考点:值迭代、策略迭代、MDP建模——三者联动,缺一不可

5.1 值迭代:不是循环,而是“找不动点”的数值解法

值迭代公式:
νₖ₊₁(s) = maxₐ [ r(s,a) + γ Σₛ′ P(s′|s,a) νₖ(s′) ]
关键理解:

  • 每次迭代,νₖ₊₁(s)是νₖ下所有动作的“最佳即时回报+折扣未来价值”的最大值;
  • 它不维护策略π,只维护价值函数,策略隐含在argmax中;
  • 收敛判据是maxₛ |νₖ₊₁(s) - νₖ(s)| < ε,而非迭代次数。

真题演练:
题目:两状态MDP,s₁,s₂;s₁可选a₁→s₁(r=0)或a₂→s₂(r=1);s₂为终止态(r=0);γ=0.5。初值ν₀(s₁)=0, ν₀(s₂)=0。求ν₁(s₁), ν₁(s₂), ν₂(s₁)。
解:

  • ν₁(s₂) = 0(终止态)
  • ν₁(s₁) = max{ 0 + 0.5×0, 1 + 0.5×0 } = max{0,1} = 1
  • ν₂(s₁) = max{ 0 + 0.5×1, 1 + 0.5×0 } = max{0.5,1} = 1
    → 已收敛,最优策略为s₁选a₂。

为什么考这个:检验你是否理解“值迭代每步都在提升价值下界”,ν₀=0太弱,ν₁=1是质变,ν₂不变说明已达最优。

5.2 策略迭代:策略评估的两种解法——迭代法与线性方程组

策略评估求ν_π,有两种方法:

  • 迭代法:νₖ₊₁(s) = Σₐ π(a|s)[r(s,a) + γΣₛ′ P(s′|s,a)νₖ(s′)],从ν₀开始迭代至收敛;
  • 线性方程组:对每个s列方程,如ν(s₁) = π(a₁|s₁)[r₁ + γP₁₁ν(s₁) + γP₁₂ν(s₂)] + π(a₂|s₁)[r₂ + γP₂₁ν(s₁) + γP₂₂ν(s₂)],整理成Ax=b求解。

考试倾向:小状态数(≤4)用方程组,快且精确;大状态数用迭代法。第5题答案用方程组,正是此意。

5.3 MDP建模题:从文字描述到四元组,一步都不能跳

题目:某迷宫有入口s₀、出口sₑ、陷阱sₜ;从s₀走一步有0.8概率到走廊s₁,0.2概率掉陷阱;s₁走一步有0.9概率到sₑ,0.1概率回s₀;sₑ和sₜ为终止态。奖励:到达sₑ得+10,掉sₜ得-5,其余转移得0。写出MDP四元组。

标准答案:

  • S = {s₀, s₁, sₑ, sₜ}
  • A = {move}(单一动作,因题干未提选择)
  • P:P(s₁|s₀,move)=0.8, P(sₜ|s₀,move)=0.2, P(sₑ|s₁,move)=0.9, P(s₀|s₁,move)=0.1, P(sₑ|sₑ,move)=1, P(sₜ|sₜ,move)=1
  • R:r(s₀,move,s₁)=0, r(s₀,move,sₜ)=-5, r(s₁,move,sₑ)=10, r(s₁,move,s₀)=0, r(sₑ,·,·)=0, r(sₜ,·,·)=-5

注意:sₑ和sₜ的R要写全,因它们是终止态,但R定义在转移上,所以r(sₑ,move,sₑ)=0,不是“无奖励”。

5.4 真题演练:用策略迭代解四状态MDP

题目:S={s₁,s₂,s₃,s₄}, A={a₁,a₂};转移与奖励如下表(行s,列a,单元格为(s′,r)):

a₁a₂
s₁(s₂, 2)(s₁, -1)
s₂(s₃, 0)(s₄, 3)
s₃(s₄, 1)(s₃, 0)
s₄(s₄, 0)(s₄, 0)
γ=0.9,初始策略π₀(s₁)=a₁, π₀(s₂)=a₁, π₀(s₃)=a₁, π₀(s₄)=a₁。执行一轮策略迭代(评估+改进)。

解:

  1. 策略评估:π₀下,s₄为终止态,ν(s₄)=0。列方程:
    • ν(s₃) = 1 + 0.9×0 = 1(因π₀(s₃)=a₁→s₄)
    • ν(s₂) = 0 + 0.9×1 = 0.9(π₀(s₂)=a₁→s₃)
    • ν(s₁) = 2 + 0.9×0.9 = 2 + 0.81 = 2.81(π₀(s₁)=a₁→s₂)
  2. 策略改进:对每个s,算所有a的Q值,选max:
    • s₁:Q(s₁,a₁)=2+0.9×0.9=2.81, Q(s₁,a₂)=-1+0.9×2.81=1.529 → 选a₁
    • s₂:Q(s₂,a₁)=0+0.9×1=0.9, Q(s₂,a₂)=3+0.9×0=3 → 选a₂
    • s₃:Q(s₃,a₁)=1+0=1, Q(s₃,a₂)=0+0.9×1=0.9 → 选a₁
    • s₄:Q=0,任选
      → π₁(s₁)=a₁, π₁(s₂)=a₂, π₁(s₃)=a₁, π₁(s₄)=a₁

失分预警:考生常漏算s₂的Q(s₂,a₂),因s₂→s₄的r=3,而s₄的ν=0,所以Q=3+0=3,远超Q(s₂,a₁)=0.9。这就是策略改进的核心:发现更好动作,立即切换。


6. 答题技巧:三步暴力法搞定所有计算题,从读题到落笔不超3分钟

6.1 第一步:划关键词,建状态-动作映射表(60秒)

拿到题,立刻拿笔圈出:

  • 所有状态名(s₁,s₂…)、动作名(a₁,a₂…)、终止态标记;
  • 每个“从X到Y”的转移,旁注“P=?”“r=?”;
  • 显式给出的数值:γ, α, 初始Q/ν值;
  • 动词:“求”“计算”“比较”“说明”——决定输出形式(数值/公式/文字)。

然后画表格:行=状态,列=动作,单元格填“(s′,r,P)”。例如第1题:

下右
s₁(s₃,1,0.5)(s₂,1,0.5)
s₂—(s₄,0,1)
s₃—(s₄,0,1)
s₄——
s₄行全空,因终止态无出边。此表一出,方程自动浮现。

6.2 第二步:选公式模板,填空式代入(90秒)

根据问题类型,调用对应模板:

  • 求状态值(给策略)→ ν_π(s) = Σₐ π(a|s)[r(s,a,s′) + γΣₛ′ P(s′|s,a)ν_π(s′)]
  • 求Q值更新 → Q ← Q + α[r + γ×(target) - Q],target选Q(s′,a′)或max Q
  • 求最优策略 → 对每个s,算所有a的Q(s,a),选argmax

填空法:把模板中r, γ, P, ν, α等位置,用表格里的值一一替换。例如第4题:
Q(s₁,a₁) ← Q + α[r + γ×Q(s₂,a₂) - Q] → 2 + 0.5×[3 + 0.9×3 - 2]
注意:r=3是s₁→s₂的奖励,Q(s₂,a₂)=3是题干给的,不是s₂的ν。

6.3 第三步:验算三连问,堵住所有低级错误(30秒)

写完答案,快速问:

  1. 维度对吗?Q值更新后是否比原值合理?(如r>0且γ>0,Q应增大)

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