AI用語集・機械学習の概要

状態価値関数とは

じょうたいかちかんすうstate-value function

別名:V関数、状態価値

  • シラバス 技術9
  • ◯×チェック3問
  • 練習問題3問

最終更新日:作成:ウカトレ編集部(AIで作成し、別のAIが一次資料と照合)人による確認:未出典

1行定義

状態価値関数とは、ある状態から出発し、その後は決められた方策に従って行動したときに得られる、割引累積報酬(収益)の期待値を表す関数のことです。

くわしく

状態価値関数は、強化学習で「いまいる状態がどれだけ有利か」を数値で表すものです。将棋でいえば、盤面を見て「この局面はやや有利」と評価する感覚に近いものです。記号ではV(s)やVπ(s)と書きます。

何を表すのか

強化学習のエージェントは、行動するたびに報酬を受け取ります。目標は、目先の報酬ではなく、将来にわたる報酬の合計を大きくすることです。そこで、先の報酬ほど割引率γ(0から1の間の値)を掛けて小さく見積もり、足し合わせます。これを割引累積報酬(収益)と呼びます。

G = r1 + γ × r2 + γ² × r3 + …

状態価値関数Vπ(s)は、状態sから出発し、その後は方策πに従って行動したときの収益の期待値です。直後の報酬だけでなく、その先に得られる報酬まで含めて評価する点が重要です。

方策によって値が変わる

同じ状態でも、その後の行動の仕方が違えば、得られる報酬も違います。そのため、状態価値は方策ごとに決まります。最もよい方策に従ったときの状態価値を、最適状態価値関数と呼びます。

行動価値関数との違い

行動価値関数Q(s, a)は、状態sで行動aをとり、その後は方策に従ったときの収益の期待値です。状態価値関数は状態だけを評価し、行動価値関数は状態と行動の組を評価します。同じ方策のもとでは、状態価値は、各行動の行動価値を、方策がその行動を選ぶ確率で重み付けして平均したものになります。

状態価値関数だけから行動を選ぶには、どの行動でどの状態に移るかという環境の知識が必要です。一方、行動価値なら値を比べるだけで行動を選べます。Q学習やSARSAが行動価値を学ぶのはこのためです。Actor-Criticでは、Critic(評価役)が状態価値を学び、Actor(行動役)の方策の改善に使うことがあります。

覚え方

「Vは局面の値打ち、Qは局面と一手の値打ち」と覚えます。

G検定での出題

出題のされ方

直後の報酬だけでなく将来の報酬を含む収益の期待値である点、方策によって値が変わる点、状態と行動の組を評価する行動価値関数との違い、割引率との関係が問われます。

混同しやすい用語

用語意味
状態価値関数このページの用語ある状態から出発し、その後は決められた方策に従って行動したときに得られる、割引累積報酬(収益)の期待値を表す関数
行動価値関数ある状態である行動をとり、その後は決められた方策に従ったときに得られる、割引累積報酬(収益)の期待値を表す関数

◯×チェック

3問

次の文が正しいか、誤りかを選んでください。

  1. 同じ状態であっても、エージェントが従う方策が変われば、その状態の状態価値は変わりうる。

    答えを見る

    答え ◯ 正しい

    状態価値は「その後この方策に従ったら」という前提で計算する期待値です。その後の行動の仕方が変われば、得られる報酬も変わります。

  2. ある方策のもとでの状態価値は、同じ方策のもとでの各行動の行動価値を、その方策が各行動を選ぶ確率で重み付けして平均したものになる。

    答えを見る

    答え ◯ 正しい

    どの行動を選ぶかは方策の確率で決まります。そのため、状態の価値は各行動の価値の加重平均になります。

  3. 割引率γを1に近づけるほど、状態価値関数は直後の報酬だけを重視した値になる。

    答えを見る

    答え × 誤り

    γが1に近いほど、遠い将来の報酬も割り引かれにくくなり、長い目で見た価値になります。直後の報酬を重視するのはγが0に近いときです。

この用語の練習問題

3問
  1. #0026割引率と累積報酬の計算難易度 標準・単一選択未回答
  2. #0156状態価値と行動価値の違い難易度 標準・単一選択未回答
  3. #0339ε-greedy方策のもとでの状態価値難易度 応用・単一選択未回答

出典

作成:ウカトレ編集部(AIで作成し、別のAIが一次資料と照合)人による確認:未 最終確認日: 対応シラバス:シラバス第1.4版 技術9

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