强化学习算法解析：PPO（Proximal Policy Optimization）

PPO（近端策略优化）是OpenAI于2017年提出的一种策略梯度类算法，以其高效性、稳定性和易实现性成为强化学习领域的主流算法。以下从核心原理、数学推导、代码实现到应用场景进行系统解析。

一、PPO 的核心设计思想
  1. 问题背景 传统策略梯度方法（如TRPO）存在两大痛点：
    • 更新步长敏感：步长过大易导致策略崩溃，步长过小则收敛缓慢；
    • 样本利用率低：需大量环境交互数据。
  2. PPO 的解决方案
    • Clipped Surrogate Objective：通过限制策略更新的幅度，确保新策略与旧策略的差异在可控范围内；
    • 重要性采样（Importance Sampling）：复用旧策略采集的数据，提升样本效率；
    • 自适应惩罚项：替代TRPO的复杂约束优化，降低计算成本。
二、数学原理与目标函数
  1. 策略梯度基础 策略梯度目标函数为：

其中