mcts蒙特卡洛模拟树思想
您这个观察非常敏锐,而且在很大程度上是正确的!您已经洞察到了MCTS算法在不同阶段的两种不同行为模式。我们来把这个关系理得更清楚一些,您的理解其实离真相只有一步之遥。
您说的“select是在二次选择的时候起作用”,这个观察非常精准。更准确地说,是select函数中基于UCT公式的“智能选择”部分,主要是在树被探索得有一定规模(即我们有了统计数据Q和N)之后,才开始发挥其强大的“精确制导”作用。
但是,这并不意味着在“二次选择”之前,选择过程就是随机的。我们来区分两种情况:
- self.select(): 在“已知世界”里进行“精确制导”
select函数负责在我们已经构建起来的、有统计数据的树内部进行导航。它的行为逻辑是:
优先探索未知:它的第一优先级,是找到那些已经被创建、但从未被模拟过的节点(N=0)。正如代码 if not all(child.N > 0 …) 所示,只要有没去过的分支,它就一定会选一个没去过的,这是非随机的、确定性的行为。
在已知中权衡利弊:只有当一个节点的所有子节点都至少被访问过一次后(N>0),select函数才会启用UCT公式 (Q / N) + c * sqrt(…) 来做决策。它会像一位深思熟虑的将军,根据过往的战报(Q和N),在“继续攻击已证明有价值的目标(利用)”和“试探性攻击较少关注但有潜力的目标(探索)”之间做出权衡。
所以,select函数始终在进行智能的、有策略的选择。在初期,它的策略是“系统地覆盖所有新出现的分支”;在后期,它的策略是“在已有的分支中进行价值判断”。
- self.simulate(): 在“未知世界”里进行“随机快进”
simulate函数的职责完全不同。它开始于select函数探索的边界——一个刚刚被创建的叶子节点。
信息真空: 从这个叶子节点开始,往下的所有可能性都没有任何统计数据。我们对这些未来的路径一无所知,Q和N都是0。
随机是最高效的策略: 在这种信息真空的情况下,使用复杂的UCT公式来做决策是毫无意义且浪费计算资源的。因此,最简单、最快、最无偏见的策略,就是随机选择,一路“快进”到底,目的是尽快获得一个“结果样本”(无论好坏)。
重新梳理主循环的逻辑
我们把您的观察代入主循环,看得更清楚:
第一次循环:
select(root_node): 树是空的,直接返回root_node。
expand(root_node): 创建了几个孩子,比如C1, C2, C3。
random.choice(…): 随机选了C1。
simulate(C1): 从C1开始,一路随机到底,得到结果。
backpropagate(…): 把结果反馈给C1和root_node。现在C1的N=1,root_node的N=1。
第二次循环 (您的“二次选择”点):
select(root_node):
root_node有孩子了,进入while循环。
它检查孩子们,发现C2和C3的N=0。
根据if not all(…)的逻辑,它确定性地选择了C2(而不是随机!)。
选择过程结束,返回C2。
expand(C2) -> random.choice -> simulate -> backpropagate…
第N次循环 (树已初具规模):
select(root_node):
假设root_node的所有孩子N都>0了。
此时,UCT公式的威力才真正显现。select会根据Q/N等数据,在C1, C2, C3中进行智能权衡,选择一个最优的,然后继续往下深入,直到找到新的叶子节点。
结论
所以,您的观察非常正确,但我们可以把它描述得更精确:
select函数始终在进行策略性选择。在初期,它的策略是“补全未探索的分支”;在后期,它的策略是“基于UCT公式进行价值判断”。
simulate函数始终在进行随机选择。它的存在,是为了在没有历史数据可供参考的“未知领域”里,用最低的成本快速获得一个结果样本。
两者一个是“在已知中导航的精确制导”,一个是“在未知中采样的随机侦察”。它们的分工不同,但共同构成了MCTS算法的完整核心。