Block-based winner-takes-all reconstruction of intermediate stereoscopic images
安全强化学习综述
安全强化学习综述王雪松 1王荣荣 1程玉虎1摘 要 强化学习(Reinforcement learning, RL)在围棋、视频游戏、导航、推荐系统等领域均取得了巨大成功. 然而, 许多强化学习算法仍然无法直接移植到真实物理环境中. 这是因为在模拟场景下智能体能以不断试错的方式与环境进行交互, 从而学习最优策略. 但考虑到安全因素, 很多现实世界的应用则要求限制智能体的随机探索行为. 因此, 安全问题成为强化学习从模拟到现实的一个重要挑战. 近年来, 许多研究致力于开发安全强化学习(Safe reinforcement learning, SRL)算法, 在确保系统性能的同时满足安全约束. 本文对现有的安全强化学习算法进行全面综述, 将其归为三类: 修改学习过程、修改学习目标、离线强化学习, 并介绍了5大基准测试平台: Safety Gym 、safe-control-gym 、SafeRL-Kit 、D4RL 、NeoRL.最后总结了安全强化学习在自动驾驶、机器人控制、工业过程控制、电力系统优化和医疗健康领域中的应用, 并给出结论与展望.关键词 安全强化学习, 约束马尔科夫决策过程, 学习过程, 学习目标, 离线强化学习引用格式 王雪松, 王荣荣, 程玉虎. 安全强化学习综述. 自动化学报, 2023, 49(9): 1813−1835DOI 10.16383/j.aas.c220631Safe Reinforcement Learning: A SurveyWANG Xue-Song 1 WANG Rong-Rong 1 CHENG Yu-Hu 1Abstract Reinforcement learning (RL) has proved a prominent success in the game of Go, video games, naviga-tion, recommendation systems and other fields. However, a large number of reinforcement learning algorithms can-not be directly transplanted to real physical environment. This is because in the simulation scenario, the agent is able to interact with the environment in a trial-and-error manner to learn the optimal policy. Considering the safety of systems, many real-world applications require the limitation of random exploration behavior of agents. Hence,safety has become an essential factor for reinforcement learning from simulation to reality. In recent years, many re-searches have been devoted to develope safe reinforcement learning (SRL) algorithms that satisfy safety constraints while ensuring system performance. This paper presents a comprehensive survey of existing SRL algorithms, which are divided into three categories: Modification of learning process, modification of learning objective, and offline re-inforcement learning. Furthermore, five experimental platforms are introduced, including Safety Gym, safe-control-gym, SafeRL-Kit, D4RL, and NeoRL. Lastly, the applications of SRL in the fields of autonomous driving, robot control, industrial process control, power system optimization, and healthcare are summarized, and the conclusion and perspective are briefly drawn.Key words Safe reinforcement learning (SRL), constrained Markov decision process (CMDP), learning process,learning objective, offline reinforcement learningCitation Wang Xue-Song, Wang Rong-Rong, Cheng Yu-Hu. Safe reinforcement learning: A survey. Acta Automat-ica Sinica , 2023, 49(9): 1813−1835作为一种重要的机器学习方法, 强化学习 (Re-inforcement learning, RL) 采用了人类和动物学习中 “试错法” 与 “奖惩回报” 的行为心理学机制, 强调智能体在与环境的交互中学习, 利用评价性的反馈信号实现决策的优化[1]. 早期的强化学习主要依赖于人工提取特征, 难以处理复杂高维状态和动作空间下的问题. 近年来, 随着计算机硬件设备性能的提升和神经网络学习算法的发展, 深度学习由于其强大的表征能力和泛化性能受到了众多研究人员的关注[2−3]. 于是, 将深度学习与强化学习相结合就成为了解决复杂环境下感知决策问题的一个可行方案. 2016年, Google 公司的研究团队DeepMind 创新性地将具有感知能力的深度学习与具有决策能收稿日期 2022-08-08 录用日期 2023-01-11Manuscript received August 8, 2022; accepted January 11,2023国家自然科学基金(62176259, 61976215), 江苏省重点研发计划项目(BE2022095)资助Supported by National Natural Science Foundation of China (62176259, 61976215) and Key Research and Development Pro-gram of Jiangsu Province (BE2022095)本文责任编委 黎铭Recommended by Associate Editor LI Ming1. 中国矿业大学信息与控制工程学院 徐州 2211161. School of Information and Control Engineering, China Uni-versity of Mining and Technology, Xuzhou 221116第 49 卷 第 9 期自 动 化 学 报Vol. 49, No. 92023 年 9 月ACTA AUTOMATICA SINICASeptember, 2023力的强化学习相结合, 开发的人工智能机器人Al-phaGo 成功击败了世界围棋冠军李世石[4], 一举掀起了深度强化学习的研究热潮. 目前, 深度强化学习在视频游戏[5]、自动驾驶[6]、机器人控制[7]、电力系统优化[8]、医疗健康[9]等领域均得到了广泛的应用.近年来, 学术界与工业界开始逐步注重深度强化学习如何从理论研究迈向实际应用. 然而, 要实现这一阶段性的跨越还有很多工作需要完成, 其中尤为重要的一项任务就是保证决策的安全性. 安全对于许多应用至关重要, 一旦学习策略失败则可能会引发巨大灾难. 例如, 在医疗健康领域, 微创手术机器人辅助医生完成关于大脑或心脏等关键器官手术时, 必须做到精准无误, 一旦偏离原计划位置, 则将对病人造成致命危害. 再如, 自动驾驶领域, 如果智能驾驶车辆无法规避危险路障信息, 严重的话将造成车毁人亡. 因此, 不仅要关注期望回报最大化,同时也应注重学习的安全性.García 和Fernández [10]于2015年给出了安全强化学习 (Safe reinforcement learning, SRL) 的定义: 考虑安全或风险等概念的强化学习. 具体而言,所谓安全强化学习是指在学习或部署过程中, 在保证合理性能的同时满足一定安全约束的最大化长期回报的强化学习过程. 自2015年起, 基于此研究,学者们提出了大量安全强化学习算法. 为此, 本文对近年来的安全强化学习进行全面综述, 围绕智能体的安全性问题, 从修改学习过程、修改学习目标以及离线强化学习三方面进行总结, 并给出了用于安全强化学习的5大基准测试平台: Safety Gym 、safe-control-gym 、SafeRL-Kit 、D4RL 、NeoRL, 以及安全强化学习在自动驾驶、机器人控制、工业过程控制、电力系统优化以及医疗健康领域的应用.安全强化学习中所涉及的方法、基准测试平台以及应用领域之间的关系如图1所示.本文结构如下: 第1节对安全强化学习问题进行形式化描述; 第2节对近年来的安全强化学习方法进行分类与综述; 第3节介绍5种基准测试平台;第4节总结安全强化学习的实际应用场景; 第5节对未来研究方向进行探讨; 第6节对文章进行总结.1 问题描述M ∪C M =⟨S ,A ,T ,γ,r ⟩C ={c,d }S A T (s ′|s,a )γr :S ×A →R c :S ×A →R d π∗安全强化学习问题通常被定义为一个约束马尔科夫决策过程 (Constrained Markov decision pro-cess, CMDP) [11], 即在标准马尔科夫决策过程 的基础上添加了关于成本函数的约束项 . 表示状态空间集, 表示动作空间集, 表示用于描述动力学模型的状态转移函数, 表示折扣因子, 表示奖励函数; 表示成本函数, 表示安全阈值. 这种情况下, 安全强化学习问题可以表述为在满足安全约束的情况下, 求解使期望回报最大化的最优可行策略J (π)=E τ∼π(∞t =0γtr (s t ,a t ))τ=(s 0,a 0,s 1,a 1,···)τ∼πτπΠc 其中, , 表示一条轨迹, 表示轨迹 根据策略 采样得到, 表示满足安全约束的安全策略集. 值得注意的是, 本文公式所描述的都是单成本约束的形式, 但不失一般性, 这些公式都可以拓展为多成本约束的形式. 对于不同类型的决策任务,安全策略集可以有不同的表达形式.Πc 对于安全性要求严格的决策任务, 例如自动驾驶[12−13]任务, 通常采用硬约束方式, 即在所有的时刻都需要强制满足单步约束. 这种情况下 表示为环境知识人类知识无先验知识拉格朗日法信赖域法策略约束值约束预训练模型图 1 安全强化学习方法、基准测试平台与应用Fig. 1 Methods, benchmarking platforms, and applications of safe reinforcement learning1814自 动 化 学 报49 卷Π其中, 表示可行策略集. 但由于这种约束方式要求过于严格, 因此通常需要借助模型信息加以实现.Πc 在无模型情况下, 软约束方式有着更广泛的应用, 即对折扣累积成本的期望进行约束, 这种情况下 表示为c :S ×A →{0,1}c (s t ,a t )=0c (s t ,a t )=1E τ∼π(∑∞t =0γtc (s t ,a t ))π这种约束方式可以很好地适用于机器人行走[14]、油泵安全控制[15]和电力系统优化[16]等任务, 但对于需要明确定义状态或动作是否安全的任务却难以处理. 为了使软约束方式更好地适用于不同类型的决策任务, 可以将成本函数修改为 ,利用成本函数对当前状态动作对进行安全性判断,若安全, 则 , 否则, , 并且在智能体与环境交互期间遇到不安全的状态动作对时终止当前回合. 这时, 约束项 可以表示 产生不安全状态动作对的概率, 因此经过这样修改后的软约束也被称为机会型约束. 机会型约束由于其良好的任务适应性, 已被成功应用于无模型的自动驾驶[17]和机械臂控制[18]等任务.M =⟨S ,A ,T ,γ,r ⟩π∗=arg max π∈ΠJ (π)B ={(s,a,r,s ′)}π∗另一方面, 离线强化学习[19−20]从一个静态的数据集中学习最优策略, 它避免了与环境的交互过程,可以保障训练过程中的安全性. 因此, 可以将离线强化学习作为安全强化学习的一种特殊形式. 离线强化学习考虑一个标准马尔科夫决策过程 , 它的目标是求解使期望回报最大化的最优可行策略 , 与在线方式不同的是, 智能体在训练过程中不再被允许与环境进行交互, 而是只能从一个静态数据集 中进行学习. 尽管这种方式可以保障训练过程中的安全性, 但分布偏移问题 (目标策略与行为策略分布不同)[19−20]也给求解 的过程带来了困难.因此, 现如今的离线强化学习方法大多关注于如何解决分布偏移问题. 离线强化学习在有先验离线数据集支持的情况下, 借助于其训练过程安全的优势,已被应用于微创手术机器人控制[21]和火力发电机组控制[22]等任务.2 方法分类求解安全强化学习问题的方法有很多, 受Gar-cía 和Fernández [10]启发, 本文从以下三方面进行综述:1) 修改学习过程. 通过约束智能体的探索范围, 采用在线交互反馈机制, 在强化学习的学习或探索过程中阻止其产生危险动作, 从而确保了训练时策略的安全性. 根据是否利用先验知识, 将此类方法划分为三类: 环境知识、人类知识、无先验知识.2) 修改学习目标. 同样采用在线交互反馈机制, 在强化学习的奖励函数或目标函数中引入风险相关因素, 将约束优化问题转化为无约束优化问题,如拉格朗日法、信赖域法.3) 离线强化学习. 仅在静态的离线数据集上训练而不与环境产生交互, 从而完全避免了探索, 但对部署时安全没有任何约束保证, 并未考虑风险相关因素. 因此大多数离线强化学习能实现训练时安全, 但无法做到部署时安全.三类安全强化学习方法的适用条件、优缺点以及应用领域对比如表1所示. 下面对安全强化学习的现有研究成果进行详细综述与总结.2.1 修改学习过程在强化学习领域, 智能体需要通过不断探索来减小外界环境不确定性对自身学习带来的影响. 因此, 鼓励智能体探索一直是强化学习领域非常重要的一个研究方向. 然而, 不加限制的自由探索很有可能使智能体陷入非常危险的境地, 甚至酿成重大安全事故. 为避免强化学习智能体出现意外和不可逆的后果, 有必要在训练或部署的过程中对其进行安全性评估并将其限制在 “安全” 的区域内进行探索, 将此类方法归结为修改学习过程. 根据智能体利用先验知识的类型将此类方法进一步细分为环境知识、人类知识以及无先验知识. 其中环境知识利用系统动力学先验知识实现安全探索; 人类知识借鉴人类经验来引导智能体进行安全探索; 无先验知识没有用到环境知识和人类知识, 而是利用安全约束结构将不安全的行为转换到安全状态空间中.2.1.1 环境知识基于模型的方法因其采样效率高而得以广泛研究. 该类方法利用了环境知识, 需要学习系统动力学模型, 并利用模型生成的轨迹来增强策略学习,其核心思想就是通过协调模型使用和约束策略搜索来提高安全探索的采样效率. 可以使用高斯过程对模型进行不确定性估计, 利用Shielding 修改策略动作从而生成满足约束的安全过滤器, 使用李雅普诺夫函数法或控制障碍函数法来限制智能体的动作选择, 亦或使用已学到的动力学模型预测失败并生成安全策略. 具体方法总结如下.高斯过程. 一种主流的修改学习过程方式是使用高斯过程对具有确定性转移函数和值函数的动力9 期王雪松等: 安全强化学习综述1815学建模, 以便能够估计约束和保证安全学习. Sui等[38]将 “安全” 定义为: 在智能体学习过程中, 选择的动作所收到的期望回报高于一个事先定义的阈值. 由于智能体只能观测到当前状态的安全函数值, 而无法获取相邻状态的信息, 因此需要对安全函数进行假设. 为此, 在假设回报函数满足正则性、Lipschitz 连续以及范数有界等条件的前提下, Sui等[38]利用高斯过程对带参数的回报函数进行建模, 提出一种基于高斯过程的安全探索方法SafeOpt. 在学习过程中, 结合概率生成模型, 通过贝叶斯推理即可求得高斯过程的后验分布, 即回报函数空间的后验.进一步, 利用回报函数置信区间来评估决策的安全性, 得到一个安全的参数区间并约束智能体只在这个安全区间内进行探索. 然而, SafeOpt仅适用于类似多臂老虎机这类的单步、低维决策问题, 很难推广至复杂决策问题. 为此, Turchetta等[39]利用马尔科夫决策过程的可达性, 在SafeOpt的基础上提出SafeMDP安全探索方法, 使其能够解决确定性有限马尔科夫决策过程问题. 在SafeOpt和SafeM-DP中, 回报函数均被视为是先验已知和时不变的,但在很多实际问题中, 回报函数通常是先验未知和时变的. 因此, 该方法并未在考虑安全的同时优化回报函数. 针对上述问题, Wachi等[40]把时间和空间信息融入核函数, 利用时−空高斯过程对带参数的回报函数进行建模, 提出一种新颖的安全探索方法: 时−空SafeMDP (Spatio-temporal SafeMDP, ST-SafeMDP), 能够依概率确保安全性并同时优化回报目标. 尽管上述方法是近似安全的, 但正则性、Lipschitz连续以及范数有界这些较为严格的假设条件限制了SafeOpt、SafeMDP和ST-SafeM-DP在实际中的应用, 而且, 此类方法存在理论保证与计算成本不一致的问题, 在高维空间中很难达到理论上保证的性能.Shielding. Alshiekh等[41]首次提出Shield-ing的概念来确保智能体在学习期间和学习后保持安全. 根据Shielding在强化学习环节中部署的位置, 将其分为两种类型: 前置Shielding和后置Shielding. 前置Shielding是指在训练过程中的每个时间步, Shielding仅向智能体提供安全的动作以供选择. 后置Shielding方式较为常用, 它主要影响智能体与环境的交互过程, 如果当前策略不安全则触发Shielding, 使用一个备用策略来覆盖当前策略以保证安全性. 可以看出, 后置Shielding方法的使用主要涉及两个方面的工作: 1) Shielding触发条件的设计. Zhang等[42]通过一个闭环动力学模型来估计当前策略下智能体未来的状态是否为可恢复状态, 如果不可恢复, 则需要采用备用策略将智能体还原到初始状态后再重新训练. 但如果智能体的状态不能还原, 则此方法就会失效. Jansen等[43]一方面采用形式化验证的方法来计算马尔科夫决策过程安全片段中关键决策的概率, 另一方面根据下一步状态的安全程度来估计决策的置信度. 当关键决策的概率及其置信度均较低时, 则启用备用策略. 但是, 在复杂的强化学习任务中, 从未知的环境中提取出安全片段并不是一件容易的事情. 2) 备用 (安全)策略的设计. Li和Bastani[44]提出了一种基于tube 的鲁棒非线性模型预测控制器并将其作为备用控制器, 其中tube为某策略下智能体多次运行轨迹组成的集合. Bastani[45]进一步将备用策略划分为不变策略和恢复策略, 其中不变策略使智能体在安全平衡点附近运动, 恢复策略使智能体运行到安全平衡点. Shielding根据智能体与安全平衡点的距离来表 1 安全强化学习方法对比Table 1 Comparison of safe reinforcement learning methods方法类别训练时安全部署时安全与环境实时交互优点缺点应用领域修改学习过程环境知识√√√采样效率高需获取环境的动力学模型、实现复杂自动驾驶[12−13, 23]、工业过程控制[24−25]、电力系统优化[26]、医疗健康[21]人类知识√√√加快学习过程人工监督成本高机器人控制[14, 27]、电力系统优化[28]、医疗健康[29]无先验知识√√√无需获取先验知识、可扩展性强收敛性差、训练不稳定自动驾驶[30]、机器人控制[31]、工业过程控制[32]、电力系统优化[33]、医疗健康[34]修改学习目标拉格朗日法×√√思路简单、易于实现拉格朗日乘子选取困难工业过程控制[15]、电力系统优化[16]信赖域法√√√收敛性好、训练稳定近似误差不可忽略、采样效率低机器人控制[35]离线强化学习策略约束√××收敛性好方差大、采样效率低医疗健康[36]值约束√××值函数估计方差小收敛性差工业过程控制[22]预训练模型√××加快学习过程、泛化性强实现复杂工业过程控制[37]1816自 动 化 学 报49 卷决定选用何种类型的备用策略, 从而进一步增强了智能体的安全性. 但是, 在复杂的学习问题中, 很难定义安全平衡点, 往往也无法直观地观测状态到平衡点的距离. 综上所述, 如果环境中不存在可恢复状态, Shielding即便判断出了危险, 也没有适合的备用策略可供使用. 此外, 在复杂的强化学习任务中, 很难提供充足的先验知识来搭建一个全面的Shielding以规避所有的危险.李雅普诺夫法. 李雅普诺夫稳定性理论对于控制理论学科的发展产生了深刻的影响, 是现代控制理论中一个非常重要的组成部分. 该方法已被广泛应用于控制工程中以设计出达到定性目标的控制器, 例如稳定系统或将系统状态维持在所需的工作范围内. 李雅普诺夫函数可以用来解决约束马尔科夫决策过程问题并保证学习过程中的安全性. Per-kins和Barto[46]率先提出了在强化学习中使用李雅普诺夫函数的思路, 通过定性控制技术设计一些基准控制器并使智能体在这些给定的基准控制器间切换, 用于保证智能体的闭环稳定性. 为了规避风险,要求强化学习方法具有从探索动作中安全恢复的能力, 也就是说, 希望智能体能够恢复到安全状态. 众所周知, 这种状态恢复的能力就是控制理论中的渐近稳定性. Berkenkamp等[47]使用李雅普诺夫函数对探索空间进行限制, 让智能体大概率地探索到稳定的策略, 从而能够确保基于模型的强化学习智能体可以在探索过程中被带回到 “吸引区域”. 所谓吸引区域是指: 状态空间的子集, 从该集合中任一状态出发的状态轨迹始终保持在其中并最终收敛到目标状态. 然而, 该方法只有在满足Lipschitz连续性假设条件下才能逐步探索安全状态区域, 这需要事先对具体系统有足够了解, 一般的神经网络可能并不具备Lipschitz连续. 上述方法是基于值函数的,因此将其应用于连续动作问题上仍然具有挑战性.相比之下, Chow等[48]更专注于策略梯度类方法,从原始CMDP安全约束中生成一组状态相关的李雅普诺夫约束, 提出一种基于李雅普诺夫函数的CMDP安全策略优化方法. 主要思路为: 使用深度确定性策略梯度和近端策略优化算法训练神经网络策略, 同时通过将策略参数或动作映射到由线性化李雅普诺夫约束诱导的可行解集上来确保每次策略更新时的约束满意度. 所提方法可扩展性强, 能够与任何同策略或异策略的方法相结合, 可以处理具有连续动作空间的问题, 并在训练和收敛过程中返回安全策略. 通过使用李雅普诺夫函数和Trans-former模型, Jeddi等[49]提出一种新的不确定性感知的安全强化学习算法. 该算法主要思路为: 利用具有理论安全保证的李雅普诺夫函数将基于轨迹的安全约束转换为一组基于状态的局部线性约束; 将安全强化学习模型与基于Transformer的编码器模型相结合, 通过自注意机制为智能体提供处理长时域范围内信息的记忆; 引入一个规避风险的动作选择方案, 通过估计违反约束的概率来识别风险规避的动作, 从而确保动作的安全性. 总而言之, 李雅普诺夫方法的主要特征是将基于轨迹的约束分解为一系列单步状态相关的约束. 因此, 当状态空间无穷大时, 可行性集就具有无穷维约束的特征, 此时直接将这些李雅普诺夫约束(相对于原始的基于轨迹的约束)强加到策略更新优化中实现成本高, 无法应用于真实场景, 而且, 此类方法仅适用于基于模型的强化学习且李雅普诺夫函数通常难以构造.障碍函数法. 障碍函数法是另一种保证控制系统安全的方法. 其基本思想为: 系统状态总是从内点出发, 并始终保持在可行安全域内搜索. 在原先的目标函数中加入障碍函数惩罚项, 相当于在可行安全域边界构筑起一道 “墙”. 当系统状态达到安全边界时, 所构造的障碍函数值就会趋于无穷, 从而避免状态处于安全边界, 而是被 “挡” 在安全域内.为保证强化学习算法在模型信息不确定的情况下的安全性, Cheng等[50]提出了一种将现有的无模型强化学习算法与控制障碍函数 (Control barrier func-tions, CBF) 相结合的框架RL-CBF. 该框架利用高斯过程来模拟系统动力学及其不确定性, 通过使用预先指定的障碍函数来指导策略探索, 提高了学习效率, 实现了非线性控制系统的端到端安全强化学习. 然而, 使用的离散时间CBF公式具有限制性, 因为它只能通过仿射CBF的二次规划进行实时控制综合. 例如, 在避免碰撞的情况下, 仿射CBF 只能编码多面体障碍物. 为了在学习过程中保持安全性, 系统状态必须始终保持在安全集内, 该框架前提假设已得到一个有效安全集, 但实际上学习安全集并非易事, 学习不好则可能出现不安全状态. Yang 等[51]采用障碍函数对系统进行变换, 将原问题转化为无约束优化问题的同时施加状态约束. 为减轻通信负担, 设计了静态和动态两类间歇性策略. 最后,基于actor-critic架构, 提出一种安全的强化学习算法, 采用经验回放技术, 利用历史数据和当前数据来共同学习约束问题的解, 在保证最优性、稳定性和安全性的同时以在线的方式寻求最优安全控制器. Marvi和Kiumarsi[52]提出了一种安全异策略强化学习方法, 以数据驱动的方式学习最优安全策略.该方法将CBF合并进安全最优控制成本目标中形成一个增广值函数, 通过对该增广值函数进行迭代近似并调节权衡因子, 从而实现安全性与最优性的平衡. 但在实际应用中, 权衡因子的选取需要事先9 期王雪松等: 安全强化学习综述1817人工设定, 选择不恰当则可能找不到最优解. 先前的工作集中在一类有限的障碍函数上, 并利用一个辅助神经网来考虑安全层的影响, 这本身就造成了一种近似. 为此, Emam等[53]将一个可微的鲁棒控制障碍函数 (Robust CBF, RCBF) 层合并进基于模型的强化学习框架中. 其中, RCBF可用于非仿射实时控制综合, 而且可以对动力学上的各种扰动进行编码. 同时, 使用高斯过程来学习扰动, 在安全层利用扰动生成模型轨迹. 实验表明, 所提方法能有效指导训练期间的安全探索, 提高样本效率和稳态性能. 障碍函数法能够确保系统安全, 但并未考虑系统的渐进稳定性, 与李雅普诺夫法类似, 在实际应用中障碍函数和权衡参数都需要精心设计与选择.引入惩罚项. 此类方法在原先目标函数的基础上添加惩罚项, 以此修正不安全状态. 由于传统的乐观探索方法可能会使智能体选择不安全的策略,导致违反安全约束, 为此, Bura等[54]提出一种基于模型的乐观−悲观安全强化学习算法 (Optimistic-pessimistic SRL, OPSRL). 该算法在不确定性乐观目标函数的基础上添加悲观约束成本函数惩罚项,对回报目标持乐观态度以便促进探索, 同时对成本函数持悲观态度以确保安全性. 在Media Control 环境下的仿真结果表明, OPSRL在没有违反安全约束的前提下能获得最优性能. 基于模型的方法有可能在安全违规行为发生之前就得以预测, 基于这一动机, Thomas等[55]提出了基于模型的安全策略优化算法 (Safe model-based policy optimization, SMBPO). 该算法通过预测未来几步的轨迹并修改奖励函数来训练安全策略, 对不安全的轨迹进行严厉惩罚, 从而避免不安全状态. 在MuJoCo机器人控制模拟环境下的仿真结果表明, SMBPO能够有效减少连续控制任务的安全违规次数. 但是, 需要有足够大的惩罚和精确的动力学模型才能避免违反安全. Ma等[56]提出了一种基于模型的安全强化学习方法, 称为保守与自适应惩罚 (Conservative and adaptive penalty, CAP). 该方法使用不确定性估计作为保守惩罚函数来避免到达不安全区域, 确保所有的中间策略都是安全的, 并在训练过程中使用环境的真实成本反馈适应性地调整这个惩罚项, 确保零安全违规. 相比于先前的安全强化学习算法, CAP具有高效的采样效率, 同时产生了较少的违规行为.2.1.2 人类知识为了获得更多的经验样本以充分训练深度网络, 有些深度强化学习方法甚至在学习过程中特意加入带有随机性质的探索性学习以增强智能体的探索能力. 一般来说, 这种自主探索仅适用于本质安全的系统或模拟器. 如果在现实世界的一些任务(例如智能交通、自动驾驶) 中直接应用常规的深度强化学习方法, 让智能体进行不受任何安全约束的“试错式” 探索学习, 所做出的决策就有可能使智能体陷入非常危险的境地, 甚至酿成重大安全事故.相较于通过随机探索得到的经验, 人类专家经验具备更强的安全性. 因此, 借鉴人类经验来引导智能体进行探索是一个可行的增强智能体安全性的措施. 常用的方法有中断机制、结构化语言约束、专家指导.中断机制. 此类方法借鉴了人类经验, 当智能体做出危险动作时能及时进行中断. 在将强化学习方法应用于实际问题时, 最理想的状况是智能体任何时候都不会做出危险动作. 由于限制条件太强,只能采取 “人在环中” 的人工介入方式, 即人工盯着智能体, 当出现危险动作时, 出手中断并改为安全的动作. 但是, 让人来持续不断地监督智能体进行训练是不现实的, 因此有必要将人工监督自动化.基于这个出发点, Saunders等[57]利用模仿学习技术来学习人类的干预行为, 提出一种人工干预安全强化学习 (SRL via human intervention, HIRL) 方法. 主要思路为: 首先, 在人工监督阶段, 收集每一个状态−动作对以及与之对应的 “是否实施人工中断” 的二值标签; 然后, 基于人工监督阶段收集的数据, 采用监督学习方式训练一个 “Blocker” 以模仿人类的中断操作. 需要指出的是, 直到 “Blocker”在剩余的训练数据集上表现良好, 人工监督阶段的操作方可停止. 采用4个Atari游戏来测试HIRL 的性能, 结果发现: HIRL的应用场景非常受限, 仅能处理一些较为简单的智能体安全事故且难以保证智能体完全不会做出危险动作; 当环境较为复杂的时候, 甚至需要一年以上的时间来实施人工监督,时间成本高昂. 为降低时间成本, Prakash等[58]将基于模型的方法与HIRL相结合, 提出一种混合安全强化学习框架, 主要包括三个模块: 基于模型的模块、自举模块、无模型模块. 首先, 基于模型的模块由一个动力学模型组成, 用以驱动模型预测控制器来防止危险动作发生; 然后, 自举模块采用由模型预测控制器生成的高质量示例来初始化无模型强化学习方法的策略; 最后, 无模型模块使用基于自举策略梯度的强化学习智能体在 “Blocker” 的监督下继续学习任务. 但是, 作者仅在小规模的4×4格子世界和Island Navigation仿真环境中验证了方法的有效性, 与HIRL一样, 该方法的应用场景仍1818自 动 化 学 报49 卷。
比特币 助记词正则
比特币助记词正则
比特币助记词是一种用于恢复比特币钱包的重要工具。
它以一串单词的形式存在,每个单词都代表着一个唯一的概念。
这些概念涵盖了比特币钱包的所有信息,包括公钥、私钥和交易记录等。
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因此,我们应该妥善保管自己的助记词,避免泄露给他人或丢失。
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了解助记词的生成原理和使用方法对于比特币用户来说是至关重要的。
希望通过本文的介绍,读者能够更好地理解和运用比特币助记词。
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Swing Index 慢速KD 动向速度 比率用法 同KD指标 量变动速 率 量相对强 弱 威廉指标 (Willam's %R) 顺势指标
完全信息静态博弈及其纳什均衡解
第三章完全信息静态博弈及其纳什均衡解1.完全信息静态博弈定义 3.1.完全信息静态博弈。
完全信息静态是指,博弈中的参与人同时采取行动,或者尽管参与人行动的采取有先后顺序,但后行动的人在行动时不知道先采取行动的人采取的是什么行动;同时博弈参与人的策略空间及策略组合下的支付是博弈中所有参与人的“公共知识”。
两个特点:(1)静态;(2)完全信息。
完全信息静态博弈例子。
例1:锤子-剪刀-布例2:交通行驶非“完全信息静态博弈”例子:英式拍卖——动态博弈;第一密封价格及第二密封价格拍卖——不完全信息博弈。
2.纳什均衡及其判定定义3.2 纳什均衡。
在一个n人博弈的标准式G={S1,S2,…,S n; u1,u2,…,u n}中,一个策略组合{s1*,s2*,…,s n*},若满足u i(s1*,…,s i*,…s n*)≥u i(s1*,…s i,…,s n*)(i=1…n),则称这个策略组合为{s1*,s2*,…,s n*}为该博弈G的一个纳什均衡。
某策略组合是纳什均衡指的是,在该策略组合上任何一个参与人的收益在其他人策略不改变的情况下都至少是弱优的。
特点:(1)每个人没有单独改变策略的动机;(2)局部最优。
纳什均衡判定方法:用定义来判定:某点是均衡看它是否符合纳什均衡的定义。
求解纳什均衡的方法:(2)用定义来求解(3)对于策略空间为连续的博弈,用求极值的方法来求得。
3.纳什均衡存在定理:(纳什)定理3.1.在一个n人博弈的标准式G={S1,S2,…,S n; u1,u2,…,u n}中,如果n是有限的,且对每个i, S i是有限的,则博弈至少存在一个纳什均衡。
这里的均衡可能包含混合策略均衡。
证明:略例子3:囚徒困境的均衡例1:“锤子-剪刀-布”的均衡?4.混合策略与混合策略的均衡纯策略与混合策略概念。
定义.3.3.一个策略是纯策略指的是参与人策略空间中的某个确定策略;而一个混合策略是参与人策略空间上的一个概率分布,一般地,某个人i的策略空间为{s i1,s i2,…,s ik},则参与人i在策略空间上的一个概率分布p i=(p i1,p i2,…,p ik)构成他的一个混合策略,其中p i1+p i2+…+p ik=1。
合作博弈代码
合作博弈代码合作博弈(Cooperative game)是博弈论中的一个重要分支,研究的是参与者通过合作来实现组织目标的博弈模型。
在合作博弈中,参与者之间通过协商、合作来达成最优解,共同分享收益或承担风险。
为了解决这类问题,人们开发了各种合作博弈模型和相应的求解方法。
本文将介绍一种常见的合作博弈代码实现方法。
合作博弈模型可以用一个特征函数(characteristic function)来表示。
特征函数描述了博弈参与者之间的合作关系以及相应的收益分配方式。
以合作博弈中的N人问题为例,特征函数可以表示为:v(S):对于任意的联盟S,v(S)表示这个联盟合作所能获得的总收益。
基于这个特征函数,我们可以使用Shapley值(Shapley value)来确定参与者的个人收益。
Shapley值是一个有理分配方式,可以确保参与者之间的收益是公平和合理的。
为了实现合作博弈的代码,我们可以按照以下步骤进行:第一步:定义特征函数根据实际情况,我们可以首先定义特征函数v(S)。
这个函数可以是一个字典或一个矩阵,用来表示各个联盟合作所能获得的总收益。
第二步:计算Shapley值根据定义的特征函数,我们可以使用迭代的方法计算每个参与者的Shapley值。
Shapley值的计算方式如下所示:1. 初始化参与者的Shapley值为0;2. 对于每个参与者i,依次计算他参与所有可能的联盟所能获得的平均边际值;3. 将每个参与者的平均边际值累加到其对应的Shapley值上。
具体而言,我们可以使用以下伪代码来实现Shapley值的计算:```pythondef shapley_value(v):n = len(v) # 参与者的个数shapley = [0] * n # 初始化Shapley值为0for i in range(n):for j in range(2 ** n):if (j >> i) % 2 == 1:coalition = [k for k in range(n) if (j >> k) % 2 == 1]m = len(coalition)marginal_value = (v[coalition + [i]] - v[coalition]) / b(n - 1, m)shapley[i] += marginal_valuereturn shapley```第三步:应用代码在得到了Shapley值之后,我们可以根据实际需要进行进一步的分析和应用。
经典拜占庭容错共识机制
经典拜占庭容错共识机制[经典拜占庭容错共识机制]引言:随着分布式系统的广泛应用,维护节点之间一致性的问题变得越来越关键。
然而,在面临各种攻击、故障和延迟的情况下,如何实现容错共识成为了一个复杂而重要的问题。
经典的拜占庭容错共识机制应运而生,并成为了解决这一问题的重要方法。
本文将深入探讨经典拜占庭容错共识机制的核心原理及其在分布式系统中的应用。
第一部分:拜占庭容错概述1.1 拜占庭容错的起源和定义拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerance,BFT)概念最早来源于拜占庭将军问题,即如何在一组将军中,当部分将军叛变或无法进行正常通讯时,仍能保证达到一致性的指令执行。
拜占庭容错机制就是为了解决这一问题而提出的。
1.2 拜占庭容错共识机制的意义拜占庭容错共识机制的核心理念是通过节点之间的相互协作和信息交换,实现系统范围内的一致性。
这对于分布式系统而言尤为重要,因为节点之间可能存在通讯故障、恶意攻击和误操作等情况,这些都可能导致系统的不一致性和安全性问题。
拜占庭容错共识机制具有高可靠性和安全性的特点,能够有效应对这些挑战。
第二部分:经典拜占庭容错共识机制2.1 拜占庭将军问题的数学模型为了更好地理解拜占庭容错共识机制,我们首先需要建立一个数学模型来描述拜占庭将军问题。
该模型通常使用图论或有向图来表示,将每个将军看作节点,将节点之间的通讯和信息交换看作边。
通过定义不同的节点状态和边的权重,可以得出不同情况下的一致性判定规则和最终指令结果。
2.2 拜占庭容错共识机制的关键概念和算法在拜占庭容错共识机制中,共识算法的设计和实现是关键。
目前,最为经典且广泛应用的算法有拜占庭一致性算法(Byzantine Agreement)、拜占庭容错共识(Byzantine Fault Tolerant Consensus)和拜占庭抵抗船长问题算法(Byzantine Resilient Captain Problem)。
区块链快速入门(四)——BFT(拜占庭容错)共识算法
区块链快速入门(四)——BFT(拜占庭容错)共识算法拜占庭容错(Byzantine Fault Tolerance,BFT)共识算法是指在分布式系统中,即便部分节点存在故障或者恶意攻击行为,系统仍然能够保持一致的算法。
在区块链技术中,BFT共识算法被广泛应用于解决拜占庭将军问题,确保区块链网络中的节点能够达成一致的交易顺序并保持数据一致性。
BFT共识算法与其他共识算法相比,具有以下几个优势:1.容错性强:BFT共识算法能够容忍系统中多达⅓的节点故障或者对网络的恶意攻击,仍然能够保持正确的共识结果。
2.快速确认:BFT共识算法具有高效的交易确认速度,通常能够在几秒钟内达成共识,适用于高频交易场景。
3.提高网络吞吐量:相比于其他共识算法,在相同的网络条件下,BFT共识算法能够提供更高的交易吞吐量。
4.保护用户权益:BFT共识算法确保每个参与节点在不被恶意节点操控的情况下都能获得一致的交易结果,保护用户的权益。
现在我们来介绍两种经典的BFT共识算法:拜占庭将军算法和Tendermint算法。
拜占庭将军算法是最早提出的BFT共识算法之一,它解决了拜占庭将军问题。
拜占庭将军问题是一个典型的分布式系统问题,指的是拜占庭将军希望通过消息交换来达成一致的行动,但是存在部分将军可能会传递错误的消息或者是恶意的将军。
拜占庭将军算法的核心思想是通过多次消息广播和反馈的方式,将投票的结果进行汇总,最终达成共识。
算法对消息进行多轮投票和反馈,并根据投票结果进行大多数决策,从而确保一致性。
Tendermint算法是一种共识引擎,通过BFT算法实现区块链网络中的共识。
Tendermint算法采用类似拜占庭将军算法的投票和反馈机制,但是采用了一些优化措施来提高性能和可扩展性。
Tendermint算法将共识过程分为四个阶段:提案、预投票、预提交和提交。
在每个阶段,节点进行投票和反馈,并在大多数节点达成一致意见后进行下一阶段。
通过该算法,Tendermint能够在网络中快速达成一致,并确保交易的正确性和一致性。
bytetrack 的公式
bytetrack 的公式Bytetrack评测指标包括以下几个部分:1. Precision(精确率):表示检测出的物体中真实物体的比例。
计算公式为Precision = TP / (TP + FP),其中TP表示真阳性(正确检测到的物体),FP表示假阳性(错误检测到的物体)。
2. Recall(召回率):表示真实物体中被正确检测到的比例。
计算公式为Recall = TP / (TP + FN),其中FN表示假阴性(未被检测到的物体)。
3. F1-score:是Precision和Recall的调和平均数,用于综合评估模型的性能。
计算公式为F1-score = 2 Precision Recall / (Precision + Recall)。
4. MOTA(多目标跟踪准确度):衡量跟踪算法性能的重要指标,包括误报、错过目标、身份切换等。
计算公式为MOTA = 1 - (FP + FN + IDSW) / GT,其中GT表示ground truth,即真实的目标数。
5. IDF1(身份识别准确率):衡量目标身份识别准确率的指标,计算公式为IDF1 = (Correctly Identified detections) / (All detections)。
6. MT(命中目标轨迹比例):衡量跟踪算法对目标跟踪的准确性和稳定性的指标,计算公式为MT = (Number of trajectory points with a distance error of less than a threshold) / (Total number of trajectory points)。
7. ML(丢失目标轨迹比例):衡量跟踪算法对目标丢失情况的指标,计算公式为ML = (Number of trajectory points with a distance error of more than a threshold) / (Total number of trajectory points)。
罗兰贝格战略
罗兰贝格战略
罗兰贝格战略,又称为Rollover-Berging策略,是一种用于交易期权市场的投资策略。
该策略是由两种期权合约的组合构成,一种是买入多头期权(Long Call)或卖出空头期权(Short Put),另一种是同时卖出空头期权(Short Call)或买入多头期权(Long Put),且两种期权的行权价相同。
这种组合操作的目的是通过期权的对冲来获得低风险投资和更高的回报。
罗兰贝格战略的主要原理是在市场的波动中,持有相同行权价的两种相互对冲的期权,可以以较低的成本或者甚至没有成本的方式参与市场。
这种对冲策略可以在市场上下波动或者横盘的情况下获得稳定的盈利。
具体来说,当市场上涨时,罗兰贝格策略可以通过持有多头期权(Long Call)和卖出空头期权(Short Call)的组合来实现盈利。
多头期权的价值会随着市场上涨而增加,而卖出的空头期权则可以通过期权的时间价值衰减实现收益。
相反地,当市场下跌时,罗兰贝格策略可以通过持有空头期权(Short Put)和买入多头期权(Long Put)的组合来获得盈利。
空头期权的价值会随着市场下跌而增加,而持有的多头期权可以作为对冲来限制潜在的损失。
总体来说,罗兰贝格战略通过双向期权的对冲组合,旨在利用期权的波动和时间价值变化来获得相对稳定的利润。
但请注意,期权交易涉及风险,投资者在使用此策略时应充分了解
其风险和潜在收益,并根据自己的风险承受能力做出适当的决策。
建议您在进行任何投资前咨询专业的金融顾问。
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一、简答1. What is the difference between PCA and LDA for feature dimension reduction?(特征降维PCA和LDA的区别)PCA:一种无监督映射方法,使用信号表示准则LDA:一种有监督映射方法,使用信号分类准则PCA所作的只是将整组数据整体映射到最方便表示这组数据的坐标轴上,映射时没有利用任何数据内部的分类信息。
用主要的特征代替其他相关的非主要的特征,所有特征之间的相关度越高越好。
但是分类任务的特征可能是相互独立的。
LDA使得类别内的点距离越近越好(集中),类别间的点越远越好。
2. What is the difference between maximum likelihood and Bayesian method for parameter estimation?最大似然估计:假设参数固定,但未知;结合真实数据通过最大化似然函数来求解这个固定形式的未知变量。
贝叶斯估计:假设参数是具有某种已知先验分布的随机变量;通过贝叶斯规则将参数的先验分布转化成后验分布进行求解,估计后验密度P( |X);最终密度由P(x|X)参数积分获得。
训练样本总是有限的,计算复杂度上来说:最大似然估计中只需要使用到简单的微分运算即可;贝叶斯估计中则需要用到非常复杂的多重积分。
准确性:当采用的样本数据很有限时,贝叶斯估计误差更小,毕竟在理论上,贝叶斯估计有很强的理论和算法基础。
3. Why does simulated annealing possess the capability to escape local minima?(为什么模拟退火能够避免局部极小值)在解空间内随机搜索,遇到较优解就接受,遇到较差解就按一定的概率决定是否接受,这个概率随时间的变化而降低。
实际上模拟退火算法也是贪心算法,只不过它在这个基础上增加了随机因素。
这个随机因素就是:以一定的概率来接受一个比单前解要差的解。
拜占庭容错算法的英文缩写
拜占庭容错算法的英文缩写1算法概述拜占庭容错算法(Byzantine Fault Tolerance,BFT)是一种在分布式计算中保证系统正确性、可靠性的重要算法。
BFT源于拜占庭帝国在战争中发生的故事,其目的是在一些节点出现错误、故障或恶意行为的情况下,仍能够达成一致的决策。
2拜占庭问题拜占庭问题指的是在分布式计算系统中,由于节点之间的通信和计算错误,导致无法达成一致的问题。
该问题最早由莱斯利·兰伯特(Leslie Lamport)等人在1982年提出,后被称为拜占庭问题。
为了解决这个问题,进行了大量的研究,其中最著名的是拜占庭容错算法。
3拜占庭容错算法的优点(1)高可靠性:拜占庭容错算法可以给予系统高可靠性保障,即使在一些节点出现问题或恶意攻击时,也能保证系统的可靠性。
(2)高效性:拜占庭容错算法可以在较短的时间内达成一致的决策,对系统的性能有很大的提升。
(3)灵活性:拜占庭容错算法可以适应不同的系统环境和配置,可以在多种不同的架构中实现。
4拜占庭容错算法的工作原理拜占庭容错算法主要分为两个过程:一致性协议和故障检测协议。
(1)一致性协议一致性协议是指系统中的所有节点要达成一致的决策后,才能进行下一步的操作。
一般通过投票方式来实现,节点根据收到的投票结果进行决策。
常见的一致性协议有Paxos、Raft等,它们的共同特点是可以保证系统的可靠性和正确性,但是在一些拜占庭故障的情况下无法达成一致。
(2)故障检测协议故障检测协议是指在系统中检测节点是否存在故障、错误或者恶意行为,以保证整个系统的稳定性。
常见的故障检测协议有Gossip协议、SWIM协议等。
这些协议会定时地检测节点状态,并通过有效的协议交换信息来达到故障检测的目的。
5BFT的实现在实现BFT算法的过程中,需要解决的核心问题是安全性问题。
安全性主要包括共识(Consensus)和状态机复制(State Machine Replication)。
海龟交易法则python代码复现
海龟交易法则 Python 代码复现1. 背景介绍海龟交易法则是由美国著名期货交易员理查德·丹尼斯(Richard Dennis)在20世纪80年代提出的一套交易策略。
该策略基于一种趋势跟踪系统,通过买入或卖出突破某个时间段内的最高价或最低价来进行交易。
海龟交易法则被广泛应用于股票、期货等金融市场。
本文将使用 Python 编程语言来复现海龟交易法则,并详细介绍其原理和实现过程。
2. 原理介绍海龟交易法则的核心思想是根据市场趋势进行买卖操作。
具体而言,该策略包括以下几个步骤:步骤1:确定市场趋势首先,我们需要确定市场的趋势方向,即判断当前是处于上涨趋势还是下跌趋势。
这可以通过计算一段时间内的移动平均线来实现。
如果价格位于移动平均线之上,则判断为上涨趋势;如果价格位于移动平均线之下,则判断为下跌趋势。
步骤2:确定买入信号一旦确定了市场的趋势方向,我们就可以根据一定的规则来确定买入信号。
海龟交易法则中使用了两个指标来判断买入信号:突破前n天内的最高价和突破前n天内的最低价。
如果当前价格突破了最高价,则发出买入信号;如果当前价格跌破了最低价,则取消买入信号。
步骤3:确定卖出信号与买入信号类似,海龟交易法则中也使用了两个指标来判断卖出信号:突破前n天内的最低价和突破前n天内的最高价。
如果当前价格跌破了最低价,则发出卖出信号;如果当前价格突破了最高价,则取消卖出信号。
步骤4:仓位管理海龟交易法则还强调了仓位管理的重要性。
根据该策略,每次交易时应该控制仓位大小,并设置止损点和止盈点。
当价格达到止损点时,应立即平仓止损;当价格达到止盈点时,应立即平仓获利。
3. Python 代码实现下面是使用 Python 实现海龟交易法则的代码:import pandas as pd# 步骤1:确定市场趋势def determine_trend(data, n):data['MA'] = data['Close'].rolling(window=n).mean()data['Trend'] = data['Close'] > data['MA']return data# 步骤2:确定买入信号def generate_buy_signal(data, n):data['Highest'] = data['High'].rolling(window=n).max()data['Buy Signal'] = (data['Close'] > data['Highest']).shift(1) return data# 步骤3:确定卖出信号def generate_sell_signal(data, n):data['Lowest'] = data['Low'].rolling(window=n).min()data['Sell Signal'] = (data['Close'] < data['Lowest']).shift(1) return data# 步骤4:仓位管理def position_management(data, stop_loss, take_profit):position = 0 # 仓位,0表示空仓,1表示多仓buy_price = 0 # 买入价格for i in range(len(data)):if position == 0 and data.loc[i, 'Buy Signal']:position = 1buy_price = data.loc[i, 'Close']elif position == 1 and (data.loc[i, 'Sell Signal'] or(data.loc[i, 'Close'] <= buy_price * (1 - stop _loss))):position = 0elif position == 1 and (data.loc[i, 'Buy Signal'] or(data.loc[i, 'Close'] >= buy_price * (1 + take _profit))):position = 0return data# 主函数def main():data = pd.read_csv('data.csv') # 读取数据,需包含'Close', 'High', 'Low'等列n = 20 # 移动平均线的窗口大小stop_loss = 0.02 # 止损点take_profit = 0.04 # 止盈点data = determine_trend(data, n)data = generate_buy_signal(data, n)data = generate_sell_signal(data, n)data = position_management(data, stop_loss, take_profit)print(data)if __name__ == '__main__':main()上述代码实现了海龟交易法则的主要功能,包括确定市场趋势、生成买入信号、生成卖出信号和仓位管理。
c++ 信奥赛 常用英语
c++ 信奥赛常用英语在C++ 信奥赛中(计算机奥林匹克竞赛),常用英语词汇主要包括以下几方面:1. 基本概念:- Algorithm(算法)- Data structure(数据结构)- Programming language(编程语言)- C++(C++ 编程语言)- Object-oriented(面向对象)- Function(函数)- Variable(变量)- Constants(常量)- Loops(循环)- Conditional statements(条件语句)- Operators(运算符)- Control structures(控制结构)- Memory management(内存管理)2. 常用算法与数据结构:- Sorting algorithms(排序算法)- Searching algorithms(搜索算法)- Graph algorithms(图算法)- Tree algorithms(树算法)- Dynamic programming(动态规划)- Backtracking(回溯)- Brute force(暴力破解)- Divide and conquer(分治)- Greedy algorithms(贪心算法)- Integer array(整数数组)- Linked list(链表)- Stack(栈)- Queue(队列)- Tree(树)- Graph(图)3. 编程实践:- Code optimization(代码优化)- Debugging(调试)- Testing(测试)- Time complexity(时间复杂度)- Space complexity(空间复杂度)- Input/output(输入/输出)- File handling(文件处理)- Console output(控制台输出)4. 竞赛相关:- IOI(国际信息学奥林匹克竞赛)- NOI(全国信息学奥林匹克竞赛)- ACM-ICPC(ACM 国际大学生程序设计竞赛)- Codeforces(代码力)- LeetCode(力扣)- HackerRank(黑客排名)这些英语词汇在信奥赛领域具有广泛的应用,掌握这些词汇有助于提高选手之间的交流效率,同时对提升编程能力和竞赛成绩也有很大帮助。
stackelberg博弈的数学表达式
stackelberg博弈的数学表达式Stackelberg博弈是博弈论中的一种重要形式,它是由德国经济学家海因茨·斯塔克尔贝格(Heinrich von Stackelberg)于1934年提出的,用于描述具有领导者和追随者的博弈情形。
在Stackelberg博弈中,领导者会先行选择策略,而追随者在知晓领导者选择的策略后再作出自己的决策。
这种不对称信息的情形使得领导者在选择策略时能够考虑到追随者的反应,从而获得更优的收益。
在实际生活中,Stackelberg博弈经常被用来分析企业之间的竞争策略、政府对市场的监管策略等方面。
在Stackelberg博弈中,参与者通常会通过数学模型来描述其决策过程。
对于一个简单的Stackelberg博弈,可以用以下的数学表达式来表示:1.定义参与者:在一个Stackelberg博弈中,通常会有两个参与者,分别是领导者和追随者。
2.定义策略集合:领导者和追随者分别有自己的策略集合,可以用S1和S2来表示。
其中,S1为领导者的策略集合,S2为追随者的策略集合。
3.定义效用函数:每个参与者在选择完策略后都会获得一个效用值,表示其收益情况。
通常会用u1和u2来表示领导者和追随者的效用函数。
4.定义约束条件:在实际情况下,参与者的选择可能会受到一些限制条件的约束。
这些约束条件通常会用c1和c2来表示。
通过上述的数学表达式,可以清晰地描述Stackelberg博弈中的参与者、策略、效用函数和约束条件,从而帮助分析者更好地理解其博弈模型。
接下来,我们将通过一个实例来说明Stackelberg博弈的具体应用。
假设有两家电信运营商A和B在同一个市场上竞争,A是市场领导者,B是追随者。
A可以选择提供高速网络服务或提供低价格服务两种策略之一,而B在A做出选择后可以选择跟随A提供相同的服务或采取不同的策略。
现在我们用数学模型来描述这个问题。
1.参与者:A是领导者,B是追随者。
止损策略 python
止损策略python对于投资者来说,止损是一种重要的策略,它能够帮助投资者控制风险并保护资金。
在这篇文章中,我将为您介绍止损策略的基本原理和如何使用Python来执行止损操作。
首先,让我们回顾一下止损策略的基本定义和原理。
止损是投资者在进行交易时设置的一个价格水平,用于限制亏损。
当价格达到或超过止损价格时,投资者将立即平仓,以避免进一步损失。
止损的目的是保护投资者的资金不受过度损失,并帮助他们控制投资风险。
在Python中执行止损操作的第一步是确定止损价格。
通常,投资者会根据市场分析、技术指标或者个人风险承受能力来确定止损价格。
在这里,我将为您提供一个使用技术指标的示例。
假设您正在使用移动平均线来确定止损价格。
移动平均线是一种常用的技术指标,它可以帮助投资者判断价格的趋势。
一般来说,如果价格低于移动平均线,那么可能表明市场处于下跌趋势;反之,如果价格高于移动平均线,那么可能表明市场处于上涨趋势。
为了确定止损价格,我们可以设置一个移动平均线的阈值。
如果价格低于移动平均线减去阈值,那么我们就认为市场处于下跌趋势,此时我们可以将移动平均线减去阈值作为止损价格。
同样地,如果价格高于移动平均线加上阈值,那么我们就认为市场处于上涨趋势,此时我们可以将移动平均线加上阈值作为止损价格。
接下来,让我们看一个具体的示例,来演示如何使用Python执行止损操作。
首先,我们需要导入所需的库。
在这个示例中,我们将使用pandas和numpy库来处理数据和计算移动平均线。
pythonimport pandas as pdimport numpy as np接下来,我们需要获取历史价格数据,并计算移动平均线。
这里,我们假设我们有一个包含股票价格的csv文件,具有日期和收盘价两列。
我们可以使用pandas库的read_csv函数来读取csv文件,并使用rolling函数计算移动平均线。
python# 读取csv文件df = pd.read_csv('stock_data.csv')# 计算移动平均线n = 30 # 移动平均线的周期df['MA'] = df['close'].rolling(n).mean()接下来,我们可以使用以下代码来确定止损价格。
多头自注意力计算模块结构
多头自注意力计算模块的结构通常包括以下部分:
1.输入嵌入层:首先,输入的文本会被转换为嵌入向量,这通常通过词嵌入或位置嵌
入来实现。
2.多头自注意力层:这是多头自注意力计算模块的核心部分。
它将输入的嵌入向量进
行转换,通过多头自注意力机制,产生多组注意力权重,每一组权重对应一个自注意力子空间。
这样,模型可以关注到不同的特征维度,从而更全面地理解输入。
3.权重合并层:在多头自注意力层之后,通常会有一个权重合并层,它将多组注意力
权重进行合并,产生最终的注意力结果。
4.输出层:最后,输出层将多头自注意力层的输出进行变换,产生最终的输出结果。
这个模块通常会在编码器(Encoder)和/或解码器(Decoder)中使用,以实现序列到序列(Seq2Seq)任务中的特征提取和信息传递。
在Transformer架构中,编
码器和解码器都包含一个多头自注意力层和一个前向传递网络,其中编码器的输出会作为解码器的输入。
布林强盗python逻辑
布林强盗python逻辑在Python 中实现布林强盗算法,主要步骤包括定义状态,初始化参数,然后实现模拟运行。
以下是代码示例:Pythonimport random# 定义状态class State:def __init__(self, gold, bandit):self.gold = goldself.bandit = bandit# 初始化参数num_episodes = 10000num_bandits = 10num_actions = 2reward_range = [0, 1]# 初始化强盗状态state = State(0, [random.uniform(reward_range[0], reward_range[1]) for _ in range(num_bandits)])# 模拟运行for episode in range(num_episodes):# 选择行动action = random.randint(0, num_actions - 1)# 获取奖励reward = state.bandit[action]# 更新状态new_state = State(state.gold + reward, [reward if i == action else state.bandit[i] for i in range(num_bandits)])# 打印状态和行动print(f"State: {state}, Action: {action}, Reward: {reward}, New State: {new_state}")state = new_state # 更新状态为新的状态这个代码实现了一个简单的布林强盗算法,模拟了强盗选择一个bandit(强盗的藏匿点)并获得奖励的过程。
在每个episode(一轮),强盗随机选择一个bandit,然后获得该bandit 的奖励,并更新其状态。
混合策略
混合策略(mixed strategy ):表示采用每个纯策略的概率。
(注:混合策略可以赋予一个纯策略以1或0的概率,纯策略是一种特殊的混合策略。
) 混合策略的收益:预期收益Eu 是每个纯策略预期收益的加权平均数。
EG :),(甲5451=P 51=A P 54=B P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2121,乙Q 21=a Q 21=b Q计算预期收益Eu①、Eu 中每个纯策略的预期收益 Eu (A,,Q )=2*1/2+0*1/2=1Eu (B ,Q )=0*1/2+1*1/2=1/2 (表示参与人甲在选A (B )对Q 的预期收益) ②、Eu (P ,Q )1/5*Eu (A ,Q )+4/5*Eu (B ,Q )=3/5结论:一、混合策略的预期收益一定介于该混合策略所包含的纯策略的预期收益之间。
二、如果一个混合策略是BR ,那么混合策略中的每个纯策略必须也是BR 。
也就是说,它们的收益必须相同。
(不是BR 的策略最终会被排除在外)三、一个混合策略组合(N P P P ,...,,21),当且仅当对于任意参与人I ,在面对P-i 时他的混合策略i P 是该参与者的BR ,那么称之为混合策略NE 。
含义:如果i P 中某个纯策略被赋予正概率(策略被采用),那么本身是一个BR 。
→找出每个纯策略中的BR 将是寻找混合策略NE 的捷径。
Eg :网球场上的应用假如有两位网球手V 和S ,他们的策略是打左手球和打右手球,现在是V 作为进攻方发乙甲a bA 2, 1 0, 0B 0, 0 1, 2球,S 作为防守方。
两人的收益如下:注:数据代表得分概率,V (L ,R )和( R ,L )的20%和10%表示V 发球出界。
(L ,L )和(R ,R )的不同在于个人左右手的习惯。
解:1)、博弈中没有纯策略均衡 2)、寻找混合策略NE、寻找S 的混合策略(q,1-q ),捷径在于分析V 的收益。
V 的收益:L : 50q+80(1-q ) R : 90q+20(1-q)假设V 同样混合策略,可选左也可选右,那么满足其这样做的动机根据结论三,那么左右都是她的BR 才不会使她排除其一。
博弈论求组合权重的python代码
博弈论求组合权重的python代码我们需要了解什么是组合权重。
在许多决策问题中,我们需要考虑多个因素的影响,并给予它们不同的权重。
这些权重可以反映出我们对不同因素的重视程度,通过给予不同的权重,我们可以综合考虑各个因素,得出最优的决策结果。
在博弈论中,我们可以将组合权重的求解问题看作一个博弈过程。
假设有n个因素需要考虑,我们可以将每个因素看作一个博弈参与者,他们之间的策略选择和利益关系决定了最终的权重分配结果。
为了求解最优的权重分配方案,我们可以使用博弈论中的一些常用方法。
一种常用的方法是使用纳什均衡。
纳什均衡是博弈论中一种重要的概念,它指的是在一个博弈过程中,各方都选择了最优的策略后所达到的状态。
在我们的问题中,各个因素可以选择不同的权重,我们可以将每个因素的权重选择看作一个策略。
通过分析各个因素之间的利益关系,我们可以求解得到纳什均衡点,从而得到最优的权重分配方案。
另一种常用的方法是使用博弈树。
博弈树是博弈论中一种常用的分析工具,它可以将一个博弈过程表示为一棵树状结构。
在我们的问题中,我们可以将每个因素的权重选择看作博弈树的一个节点,通过分析各个节点之间的关系,我们可以求解得到最优的权重分配方案。
在实际应用中,我们可以使用Python来实现博弈论求解组合权重的代码。
下面是一个示例代码:```pythonimport numpy as np# 定义博弈矩阵payoff_matrix = np.array([[3, 2, 1],[1, 3, 2],[2, 1, 3]])# 计算纳什均衡row_strategy = np.max(payoff_matrix, axis=1)column_strategy = np.max(payoff_matrix, axis=0)# 计算最优的权重分配方案row_weights = row_strategy / np.sum(row_strategy)column_weights = column_strategy / np.sum(column_strategy) print("最优的行权重分配方案:", row_weights)print("最优的列权重分配方案:", column_weights)```在上述代码中,我们首先定义了一个博弈矩阵,其中每个元素表示各个因素之间的利益关系。
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Abdol-Reza Mansouri and Janusz Konrad
INRS-Telecommunications, Institut National de la Recherche Scienti que 16 Place du Commerce, Verdun, QC, Canada H3E 1H6
Janusz Konrad INRS-Telecommunications, 16 Place du Commerce, Verdun, QC, Canada H3E 1H6 tel: (514) 765-7768, fax: (514) 761-8501, e-mail: konrad@inrs-telecom.uquebec.ca
I. Introduction
T ereoscopic images and video have been successfully used in medicine, remote guidance, computer aided design and entertainment 6], 14] for about a decade. Typically, such stereoscopic systems have been based on an analog image format substantially limiting their exibility. In recent years a signi cant e ort has been undertaken to migrate such systems to the more exible digital domain and subsequently to add new functionalities. One of the desirable functionalities is the \continuous look-around" with respect to 3-D data presented on the screen. In such applications as 3-D videoconferencing, natural interaction with conferees at the other end or with 3-D objects presented in the workspace is essential; by moving his/her head a user should be able to "see around" the conferees or 3-D objects 15], 18], 9]. This is equivalent to positioning a stereo camera in the 3-D scene in accordance with viewer motion in front of the monitor. In practice, a \virtual" camera is considered instead, and the challenge is to reconstruct output images of this camera (intermediate images) based on the knowledge of images coming from true cameras. This is shown in Fig. 1; based on images acquired by cameras CL and CR , virtual images from cameras CL+1 and CR+1 need to be computed if viewer head moves to the right. Similarly, images from cameras CL?1 and CR?1 must be found for viewer motion to the left. Whereas a signi cant lateral viewer motion may be needed in 3-D videoconferencing, a much smaller head travel is required for entertainment applications such as 3-D TV or 3-D multimedia. Another desirable functionality in 3-D systems is the adjustment of the amount of \3D-ness" or parallax. Although sometimes viewer complaints of visual discomfort when watching 3-D images are due to reverse stereo (interchanged left and right images) or ghosting (seeing faint unintended image by each eye), it is the excessive parallax or \3D-ness" that is most often at fault. The excessive \3D-ness" of the recorded data is sometimes intentional (e.g., hyperstereo), however most often it results from improper stereo acquisition. Moreover, since the stereoscopic acuity of the human eye varies considerably between individuals 21], 3-D material acceptable for some viewers may cause a considerable discomfort for other viewers. Therefore, an adjustment of the strength of 3-D cues, primarily parallax, is needed. Such an adjustment can be performed if camera baseline B can be varied. This is shown in Fig. 1 again; computing images for virtual cameras CL+1 and CR?1 is equivalent to shortening the camera baseline and therefore results in the reduction of parallax in the corresponding stereo pair of images. Currently, two types of methods in intermediate view reconstruction can be identi ed: methods based on 3-D modeling of the scene and methods based on 2-D image models and signal processing principles. The former methods derive from the eld of computer vision. In such methods, typically 3-D model parameters are estimated rst and then used to recover a virtual image from an arbitrarily-positioned camera 2], 12], 10]. Such methods are capable of handling large parallax, but due to the 3-D modeling involved, they work
This paper presents a new algorithm for the reconstruction of intermediate views from a pair of still stereoscopic images. The algorithm is designed to address the issue of blur caused by linear ltering (averaging) often employed in such reconstruction. The proposed algorithm is block-based and to reconstruct the intermediate views employs non-linear disparity-compensated ltering via a winner-take-all strategy. The reconstructed image is modeled as a tiling by xedsize blocks coming from various positions (disparity compensation) of either the left or right images, while the tiling map itself is modeled by a binary decision eld. In addition to that, an observation model relating the left and right images via a disparity eld and a prior model (disparity smoothness) are used. All models are probabilistic and are combined into a maximum a posteriori probability (MAP) criterion. The intermediate intensities, disparities and the binary decision eld are estimated jointly using the expectation-maximization (EM) algorithm. The new approach is compared experimentally on complex natural images with a reference block-based algorithm employing linear ltering. Although the improvements are very localized and often subtle, they demonstrate that a very high-quality intermediate view reconstruction for complex scenes is feasible. Intermediate view reconstruction, disparity-compensated image interpolation, stereoscopic and 3-D imaging, 3-D TV