feat: 添加强化学习项目报告及重构课程作业报告代码结构

- 新增强化学习个人项目报告,包含基于PyTorch从零实现的PPO算法
- 重构课程作业报告代码结构,提取运行时路径管理和notebook执行逻辑到独立模块
- 更新依赖文件requirements.txt,添加强化学习相关依赖
- 简化模型比较结果表格,仅保留基线逻辑回归模型数据
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2026-04-30 16:54:41 +08:00
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# PPO + CarRacing-v3 任务进度追踪
> 生成时间:2026/04/30
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## 作业要求
用 Python 从零实现 PPO 算法,在 CarRacing-v3 环境训练智能体,提交:
- 技术报告(≤3000 词,英文)PDF
- 源代码 + 训练模型 zip 文件
- 截止:04/May/2026 23:59
- **禁止使用**Stable-Baselines 等 RL 专用库
- **允许使用**TensorBoard、PyTorch、Gymnasium
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## 一、已完成 ✅
| 步骤 | 内容 | 文件 |
|------|------|------|
| ✅ 项目结构 | src/ 目录、requirements.txt、README.md | [requirements.txt](requirements.txt)、[README.md](README.md) |
| ✅ 策略/价值网络 | Actor(高斯策略输出 μ, σ)+ Critic 实现,CNN 结构 | [src/network.py](src/network.py) |
| ✅ Rollout Buffer | 轨迹存储 + GAE 优势估计 + 返回值计算 | [src/replay_buffer.py](src/replay_buffer.py) |
| ✅ PPO Trainer | PPO 更新(clip 目标函数 + 熵正则 + 价值损失) | [src/trainer.py](src/trainer.py) |
| ✅ 环境预处理 | 灰度化 + Resize(84×84) + 帧堆叠(4帧) Wrapper | [src/utils.py](src/utils.py) |
| ✅ 评估脚本 | 渲染测试 + 多回合平均分数评估 | [src/evaluate.py](src/evaluate.py) |
| ✅ 训练入口 | 主训练循环、TensorBoard 记录、模型保存 | [train.py](train.py) |
**核心算法实现要点**
- 策略网络:3 层 CNN + FC(512) → μ, σ(高斯策略,tanh 激活)
- 价值网络:3 层 CNN + FC(512) → V(s)
- GAE:λ=0.95,优势归一化
- PPO clip:ε=0.24 epoch 更新,mini-batch 64
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## 二、待完成 ⬜
| 步骤 | 内容 | 优先级 |
|------|------|--------|
| ⬜ 安装依赖 | `uv pip install --system -r requirements.txt` | **高** |
| ⬜ 环境测试 | 短时间(~10000步)验证代码能跑通 | **高** |
| ⬜ 完整训练 | 运行 500k+ 步,预计 5-8 小时(后台) | **高(耗时)** |
| ⬜ 生成图表 | 从 TensorBoard 提取数据,用 matplotlib 绘图 | 中 |
| ⬜ 撰写报告 | 英文技术报告(≤3000 词),LaTeX 排版 | 中 |
| ⬜ 编译 PDF | XeLaTeX 编译生成 CW1_1234560.pdf | 中 |
| ⬜ 打包 zip | 源代码 + 模型打包 CW1_1234560.zip | 低 |
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## 三、文件结构
```
强化学习个人项目报告/
├── src/
│ ├── __init__.py
│ ├── network.py # Actor + Critic CNN 网络
│ ├── replay_buffer.py # Rollout buffer + GAE
│ ├── trainer.py # PPO 更新逻辑
│ ├── utils.py # 环境预处理 wrappers
│ └── evaluate.py # 评估脚本
├── train.py # 主训练入口
├── requirements.txt
├── README.md
└── TASK_PROGRESS.md # 本文档
```
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## 四、超参数配置
| 参数 | 值 |
|------|-----|
| Learning rate | 3e-4 |
| Gamma | 0.99 |
| GAE lambda | 0.95 |
| Clip epsilon | 0.2 |
| PPO epochs | 4 |
| Mini-batch size | 64 |
| Rollout steps | 2048 |
| Entropy coefficient | 0.01 |
| Value coefficient | 0.5 |
| Max gradient norm | 0.5 |
| State shape | (84, 84, 4) |
| Action dim | 3(连续:steer, gas, brake |
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## 五、下一步行动
### 立即执行
```bash
# 1. 安装依赖
uv pip install --system -r requirements.txt
# 2. 验证代码能跑(短测试)
python train.py --steps 10000
# 3. 开始正式训练(后台运行,预计 5-8 小时)
python train.py --steps 500000
```
### 训练完成后
```bash
# TensorBoard 可视化
tensorboard --logdir logs/tensorboard
# 评估模型
python src/evaluate.py --model models/ppo_carracing_final.pt --episodes 10
```
### 报告撰写后
```bash
# 编译 PDF
cd tex && xelatex CW1_1234560.tex
```
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## 六、报告结构(≤3000 词)
1. **Introduction** — RL 背景、CarRacing-v3 任务、状态/动作/奖励空间定义
2. **Methodology** — PPO 数学公式、clip 机制、GAE 优势估计
3. **Implementation Details** — 网络结构、训练流程、超参数、问题与解决
4. **Results and Analysis** — 训练曲线图、评估结果、与 SB3 基线对比
5. **Conclusion** — PPO 敏感性、actor-critic 有效性总结
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## 七、提交清单
- [ ] `CW1_1234560.pdf` — 技术报告(封面 + ≤3000 词)
- [ ] `CW1_1234560.zip` — 源代码 + 训练好的模型 .pt 文件
- [ ] 所有代码使用英文注释
- [ ] 图表坐标轴和图例使用英文