RL COLLECTION / GLOSSARY

强化学习
名词速查

不默认你已经懂术语。每张卡只做三件事:一句定义、它为什么重要、一个直观例子。新术语会持续补充。

HOW TO USE

遇到陌生词,先回到它在交互闭环中的位置。

大多数 RL 术语属于四类:谁在行动、看见了什么、如何评价好坏、怎样从经验中更新。不要背定义;把术语放回“Agent → Action → Environment → Reward / Next State”的循环里。

INTERACTION

谁与谁交互?

AGENT / 智能体

做决定的一方

接收信息、选择动作、根据反馈调整行为的程序或模型。

例子:玩 Atari 的控制器、机械臂控制网络、会调用工具的 LLM agent。

ENVIRONMENT / 环境

被行动影响的世界

接收动作,返回下一步信息和奖励的系统;可以是游戏、仿真器、代码执行器或浏览器任务。

例子:GridWorld 根据“向右走”返回新格子和 reward。

STATE / 状态 s

决策所需的“充分信息”

如果知道当前状态和动作,就足以描述未来的概率分布,那么它是 Markov state。

例子:棋盘局面通常比“刚才下了什么棋”更接近状态。

OBSERVATION / 观测 o

Agent 实际看得到的输入

观测不一定等于真实状态;它可能缺少隐藏信息,因此任务可能是部分可观测的。

例子:摄像头画面看不到机器人被遮挡的速度。

ACTION / 动作 a

Agent 对环境施加的选择

动作可以是离散的,也可以是连续向量;动作空间决定可用算法。

例子:GridWorld 的上/下/左/右;机械臂每个关节的力矩。

REWARD / 即时奖励 r

环境给出的局部反馈

它是每一步的信号,不等于最终目标;reward 设计会直接改变被优化的行为。

例子:抵达终点 +10、每走一步 -1,鼓励更短路径。

DATA & OBJECTIVE

一段经验怎样变成“长期好坏”?

TRAJECTORY / 轨迹 τ

一次连续交互记录

由状态、动作、奖励不断交替形成的数据序列,是 RL 的基本训练材料。

例子:(s₀,a₀,r₁,s₁,a₁,r₂, …)。

EPISODE / 回合

有开始和结束的一段轨迹

通常在成功、失败、超时或达到终止状态后结束;并非所有任务都天然分回合。

例子:走到 GridWorld 终点,或 CartPole 倒下。

POLICY / 策略 π

从状态到动作的规则

策略可以确定性地选一个动作,也可以输出动作分布。训练的最终产物通常就是它。

例子:π(右|当前位置)=0.8,π(上|当前位置)=0.2。

RETURN / 回报 G

从现在开始的长期奖励

未来 reward 的折扣和。优化 return,才会让智能体权衡短期成本与远期收益。

例子:现在 -1、以后 +10,是否值得要看完整 G。

DISCOUNT / 折扣 γ

未来 reward 的权重

γ 接近 1 更重视长期后果;减小 γ 不只是“让训练更稳”,也会改变优化目标。

例子:A2 中 γ=0.5 会理性偏向较近的收益。

MDP / MARKOV DECISION PROCESS / 马尔可夫决策过程

把“连续做决定的世界”写清楚的说明书

Markov(马尔可夫)指:当前状态已经包含预测未来所需的信息;Decision(决策)指 Agent 要选动作;Process(过程)指这个互动会不断重复。MDP 由状态、动作、转移概率、奖励和折扣组成,规定“环境是什么”和“好坏如何定义”。

例子:GridWorld:格子、移动规则、终点奖励与 γ。若“是否拿到钥匙”会改变开门结果,它也必须写进状态。

LEARNING SIGNALS

算法在估计什么,又靠什么更新?

VALUE / 状态价值 V(s)

处于一个状态有多好

在遵循某个策略的前提下,从状态开始可获得的期望 return。

例子:离目标近不一定价值高,还要考虑陷阱和未来路径。

Q-VALUE / 动作价值 Q(s,a)

在状态 s 做动作 a 有多好

它把“选择哪个动作”的比较显式化,Q-learning 因而可以直接选 max Q 的动作。

例子:同一格子中,向右与向上有不同 Q 值。

BELLMAN BACKUP

用下一步估计当前步

当前价值 = 当前 reward + 折扣后的下一状态价值。它将长期问题递归拆解。

例子:Q(s,a) 用 r + γ max Q(s′,a′) 作为学习目标。

TD / TEMPORAL DIFFERENCE / 时序差分

用“下一步”纠正“这一刻”的估计

Temporal(时序)说的是相邻时间步;Difference(差分)是新 target 与旧预测的差。TD error 写作 δ = r + γV(s′) − V(s),表示“我原先对未来估计错了多少”。

例子:若意外拿到高 reward,δ 为正,相关价值会上调。

EXPLORATION / 探索

主动尝试尚不确定的动作

不探索就可能永远不知道更好的路径;探索过多又会牺牲即时表现。

例子:ε-greedy 以 ε 的概率随机行动。

EXPLOITATION / 利用

选择当前估计最好的动作

利用已有知识拿 reward;它与探索共同构成经典张力。

例子:选择当前 Q(s,a) 最大的动作。

MODEL / 环境模型

预测环境如何回应动作的规则

模型给出转移概率与奖励,即 P(s′,r|s,a)。它可以由人提供、通过数据学习,或完全未知。

例子:棋盘游戏的移动规则是已知模型;真实机器人动力学常需要估计。

DP / DYNAMIC PROGRAMMING / 动态规划

在已知模型上做递归 backup

Dynamic Programming(动态规划)不是“动态地写程序”:它把大问题拆成相互依赖的子问题,重复使用它们的答案。RL 里遍历状态,用所有可能后继的期望更新价值。

例子:Value Iteration 反复执行 maxₐ E[r+γV(s′)]。

MC / MONTE CARLO / 蒙特卡洛

用完整随机样本回报做平均

Monte Carlo(蒙特卡洛)方法以大量随机试验的统计平均逼近期望。在 RL 中,它不需要环境模型,也不 bootstrap;要等 episode 结束得到真实 Gₜ。

例子:多次走到终点后,平均每次从某格开始的完整回报。

BOOTSTRAP / 自举

用自己的下一步估计构造当前 target

不等最终结果,而以 r+γV(s′) 或 r+γmaxQ(s′,a′) 提前更新。它加快学习,也可能传播估计误差。

例子:TD(0) 看见一步 transition 就更新 V(s)。

NEXT

接下来这些词会自然出现。

Replay Buffer、Target Network、Actor、Critic、Advantage、KL、Verifier、Rollout、Off-policy、On-policy 会在对应原理课出现时补齐,不让词表领先于理解。