28天自制你的AlphaGo（四）：結合強化學習與深度學習的Policy Gradient（左右互搏自我進化的基礎）

本文作者：彭博

2017-02-23 13:54

導語：強化學習在 AlphaGo 中究竟是怎么用的？

雷鋒網(wǎng)注：本文作者彭博，Blink·稟臨科技聯(lián)合創(chuàng)始人。文章由雷鋒網(wǎng)整理自作者知乎專欄，獲授權發(fā)布。

本篇提前回答一個大家經(jīng)常問的問題：強化學習在 AlphaGo 中究竟是怎么用的？比如說，SL策略網(wǎng)絡，是怎么變成 RL 策略網(wǎng)絡的？

| Policy Gradient：簡單而有效

很有意思的是，很少見到有人回答上述問題（可能是因為 AlphaGo 論文在此寫得很簡略）。其實，這個問題的答案特別簡單：

如果我贏了棋，就說明這次我選擇的策略是正確的。所以可以對于這次所經(jīng)歷的每一個局面，都加強選擇這局的走法的概率。
如果我輸了棋，就說明這次我選擇的策略是錯誤的。所以可以對于這次所經(jīng)歷的每一個局面，都減少選擇這局的走法的概率。

舉個例子，比如說電腦左右互搏，黑棋開局走星位，白棋回應走小目，最后白棋輸了，那么黑棋就加強開局走星位的概率（以及后續(xù)的每一步選擇這局的走法的概率），白棋就減少在黑棋開局走星位的情況下走小目的概率（以及后續(xù)的每一步選擇這局的走法的概率）。

等一下，這里好像有問題。這是不是太傻了？也許白棋并不是敗在開局，而是敗在中盤的某一步？也許黑棋并不是真的這次走對了策略，而是白棋看漏了一步（而且白棋如果走對是可以贏的）？

以上說的很正確。但是，反過來想，如果黑棋的走法可以讓白棋后面打勺的概率增加，那也不錯啊。另一方面，如果白棋發(fā)現(xiàn)自己目前的策略容易進入自己不容易掌握的局面，那么盡管確實可能有完美的招數(shù)隱藏在里面，那白棋也不妨一開始就去避免這種局面吧。而且，勝和負的影響可以相互抵消，所以在經(jīng)過大量對局后，這個過程是比較穩(wěn)定的。比如說如果某個開局的后續(xù)勝率經(jīng)統(tǒng)計是50%，那它就不會被改變；但如果不是50%，這種改變就有一定道理。

這個過程，有點像人類棋手的“找到適合自己的棋風”的過程。毫無疑問，現(xiàn)在的 AlphaGo 已經(jīng)找到了十分適合自己的棋風，它確實是會揚長避短的。

以上是最簡單的 Policy Gradient 的例子，它的問題是有可能陷入局部的最優(yōu)（對付自己有效，不代表對付其他人有效），因此 AlphaGo 論文中會建立一個對手池（包括整個進化過程中形成的所有策略），保證新策略盡量對于不同對手都有效。在這個基礎上，可以做各種各樣的改進，例如配合未來的價值網(wǎng)絡，更清楚地看到自己的敗著在哪里，而不是傻傻地把所有概率都同樣修改。

| Deepmind 的相關研究

其實 Deepmind 自創(chuàng)始以來就在做類似的研究，在此簡單說說。經(jīng)典的一系列論文是學會玩 Atari 游戲：

Playing Atari with Deep Reinforcement Learning

Human-level control through deep reinforcement learning

例如最經(jīng)典的 Pong：

28天自制你的AlphaGo（四）：結合強化學習與深度學習的Policy Gradient（左右互搏自我進化的基礎）

這里也有一個策略網(wǎng)絡，它輸入的是目前的屏幕圖像（實際上要輸入幾幅圖像，或者前后兩幅圖像的差，用于判斷運動情況），輸出的是此時應該往上移動的概率。用這里所說的訓練方法就可以讓它無師自通，自己學會玩游戲，最終達到相當高的水準（可以想象，這個學習過程會比較慢）。

但是如果我們仔細想想，這個辦法恐怕很難自己學會玩好星際！一個重要原因是星際的決策中有太復雜的“層次結構”。因此盡管 Deepmind 此前說星際是下一個目標，目前我們尚未看到 Deepmind 在這方面發(fā)表的進展。如果真的成功實現(xiàn)，將是相當大的成就。

最后，如果對于這方面感興趣，這是一篇很好的介紹：

Deep Reinforcement Learning: Pong from Pixels