価値反復法

価値反復法はマルコフ決定過程を解きます。状態 s から始めて得られる割引報酬の合計の最大値 V(s) を求めます。

ここでは遷移は決定的です。状態 s で行動 a を取ると報酬 rewards[s][a] を得て状態 next_states[s][a] に移ります。-1 はエピソードの終了を意味します。すべての状態で V(s) = 0 から始め、iterations 回繰り返します。新しい値はすべて前回のスイープの値から計算します。

V_new(s) = a についての ( rewards[s][a] + gamma × V(next_states[s][a]) ) の最大値

ただし次の状態が -1 のとき、gamma × V の項は 0 です。

value_iteration(next_states, rewards, gamma, iterations) を実装してください。

入力

next_states: 各状態について、各行動の次の状態 (-1 はエピソード終了)。状態ごとに行動の数が異なることがあります。

rewards: 各行動の報酬。next_states と同じ形です。

gamma: 割引率。

iterations: スイープの回数。

出力

最後のスイープ後の V を、状態ごとに 1 つずつ返します。

制約

1 ≤ 状態数 ≤ 200、1 ≤ 状態あたりの行動数 ≤ 10、0 ≤ iterations ≤ 1,000

-100 ≤ 各報酬 ≤ 100、0 ≤ gamma ≤ 1

例

例 1

入力：
next_states = [
    [0, 1],
    [0, 2],
    [-1]
]
rewards = [
    [0.0, 0.0],
    [0.0, 0.0],
    [10.0]
]
gamma = 0.9
iterations = 3

期待される出力：
[8.1, 9.0, 10.0]

解説

スイープ 1: 報酬を得られるのは状態 2 だけで V = [0, 0, 10]。スイープ 2: 状態 1 は右へ移って 0.9 × 10 = 9、V = [0, 9, 10]。スイープ 3: 状態 0 は 0.9 × 9 = 8.1。結果: [8.1, 9, 10]。

例 2

入力：
next_states = [
    [1, 0],
    [0, 1]
]
rewards = [
    [1.0, 2.0],
    [3.0, 0.0]
]
gamma = 0.0
iterations = 5

期待される出力：
[2.0, 3.0]

解説

gamma = 0 では将来が考慮されないので、各状態の価値は最良の即時報酬そのものです: [2, 3]。

参考資料

提出せずにサンプルテストでコードを確認できます。

例 1 未実行

入力：

next_states = [
    [0, 1],
    [0, 2],
    [-1]
]
rewards = [
    [0.0, 0.0],
    [0.0, 0.0],
    [10.0]
]
gamma = 0.9
iterations = 3

期待される出力：

[8.1, 9.0, 10.0]

あなたの出力

例 2 未実行

入力：

next_states = [
    [1, 0],
    [0, 1]
]
rewards = [
    [1.0, 2.0],
    [3.0, 0.0]
]
gamma = 0.0
iterations = 5

期待される出力：

[2.0, 3.0]

あなたの出力

提出時に非公開テスト4件も実行されます。失敗したテストがあれば、そのテストが表示されます。チャレンジを解くとすべて見られます。

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🍎 この Swift オンライン実行ツールについて

CodeUtility Swift Executor は、ブラウザ上で直接 Swift コードを書いて実行できるツールです - Xcode や SDK、macOS のセットアップは不要です。実際の Swift コンパイラを隔離されたサンドボックスで動かし、正確でネイティブな Swift の挙動を提供します。

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単なるコードランナーではありません

同じ実行環境で、複数ファイル対応エディター、分離された実行ターミナル、ランタイム別ライブラリ、永続ワークスペース、共有、リアルタイム共同作業を利用できます。

この実行環境の使い方

ランタイムを選択し、ファイルを開くか作成してコードを記述し、［実行］を選択します。出力はターミナルに表示されます。サインインしたユーザーは、ワークスペースにファイルを保存し、ライブラリをインストールして、共有を通じて共同作業できます。

バージョンを選択して現在のファイルを編集するか、ワークスペース内の別のファイルを開きます。
コードを実行し、求められた場合はターミナルに入力して、保存された実行履歴を確認します。
複数のコードスニペットが必要な作業では、ライブラリ、ワークスペースツール、共有、チャットを利用します。

コーディングを開始する

バージョン実行する前にランタイムを選択します。インストールされたライブラリは、選択した言語バージョンに属します。
「開いているファイル」には、開いていないテキストファイルがリストされます。1 つを選択すると、利用可能なエディタータブで開きます。
「実行」は、プログラムで使用可能なワークスペースを使用してアクティブなファイルを実行します。
Stop は、制限時間前に現在の実行を終了します。
詳細モードでは、ファイルエクスプローラーと移動可能でサイズ変更可能なターミナルを備えた IDE レイアウトが開きます。

ワークスペースとライブラリ

新しいファイルは、選択した親ディレクトリにファイルを作成し、エディタで開きます。
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[名前の変更] を実行すると、ファイル名が変更され、開いているタブと履歴が更新されます。
Move は項目を再配置します。ファイルやディレクトリもドラッグできます。
削除は、確認後に項目を削除し、開いているエディタータブを閉じます。
プリインストールされたライブラリには、このランタイムにすでに含まれているパッケージが表示されます。
Add Lib は、アカウントと選択したランタイム用のプライベートパッケージをインストールします。

ターミナルとサポート

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出力をコピーすると、現在の端末テキストがコピーされます。
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Explain ではアクティブなコードを要約します。
[最近] では、最近の説明と結果が開きます。
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共有とコラボレーション

共有は、現在のファイル、ディレクトリ、またはワークスペース全体をスナップショットまたはライブワークスペースとして公開します。リンクへのアクセスと変更を保存できるユーザーを制御します。
ログには、共有ワークスペースに保存されたコラボレーターのアクションが記録されます。
チャットを共有すると、サインインした参加者はメッセージを送信したり、メンバーにメンションしたり、コードブロックを共有したり、オンラインまたは入力中のメンバーを確認したりできます。
ライブコラボレーションでは、コラボレーターのカーソルと保存されたファイルの更新が表示されます。表示専用ユーザーは、最新バージョンをロードすることも、一時的な編集を保存することもできます。

割り当てと制限

実行時間は、サーバーの実行ごとに 20 秒に制限されます。より早く終了したい場合は、「停止」を使用します。
ワークスペースストレージでは、サインインしているユーザーのワークスペースと言語ごとに、ファイル 100 個、ディレクトリ 100 個、合計 10 MiB が許可されます。
ファイルとフォルダーは、ファイルごとに 1 MiB、ネストされたディレクトリレベルは 5 に制限されます。コードによって生成されたファイルは、同じクォータに従います。
プライベートライブラリは、アカウントおよびランタイムごとにインストールされるパッケージが 10 個に制限されています。
共有スナップショットには、ファイルあたり 1 MiB、合計 2 MiB まで、最大 100 個のファイルを含めることができます。
共有の招待は、共有ごとに最大 25 人をサポートし、アクセス権と保存権限は個別に管理されます。
チャットの共有では、メッセージあたり 2,000 文字、共有あたり 10,000 メッセージが許可されます。
クォータの強制は、コードの実行中にも適用されます。ファイル数、サイズ、ストレージ、またはネストの制限を超える書き込みは安全に拒否されます。

知っておくと便利 信頼できるコードのみを実行し、パッケージをインストールしてください。実行は分離され制限されていますが、プログラムは強制クォータまで書き込み可能なワークスペース内のファイルを変更できます。

💡 初心者向け Swift 基本ガイド

1. 変数と定数の宣言

Swift では変数に var、定数に let を使います。

var age = 30
let pi = 3.14159
var name = "Alice"
let isActive = true

// 定数は再代入できません
// pi = 3.14 // ❌ エラー

2. 条件分岐 (if / switch)

ロジックには if、else if、else、分岐が多い場合は switch を使います。

let number = 2
if number == 1 {
    print("1")
} else if number == 2 {
    print("2")
} else {
    print("その他")
}

switch number {
case 1:
    print("1")
case 2:
    print("2")
default:
    print("その他")
}

3. ループ

Swift は for-in、while、repeat-while のループをサポートしています。

for i in 0..<3 {
    print(i)
}

var n = 3
while n > 0 {
    print(n)
    n -= 1
}

4. 配列

配列は値の順序付きコレクションを保持します。

var numbers = [10, 20, 30]
print(numbers[1])

5. 配列の操作

append や removeLast などのメソッドを使います。

var nums = [1, 2, 3]
nums.append(4)
nums.removeLast()

for n in nums {
    print(n)
}

6. コンソール入出力

出力は print() を使います。入力は Swift Playgrounds や Xcode で別途対応が必要です。

let name = "Alice"
print("こんにちは、\(name)")

7. 関数

パラメータや戻り値を持つ再利用可能な関数を定義します。

func add(a: Int, b: Int) -> Int {
    return a + b
}

print(add(a: 3, b: 4))

8. 辞書

辞書はキーと値のペアを保持します。

var ages = ["Alice": 30]
print(ages["Alice"] ?? 0)

9. エラーハンドリング

Swift では do-catch でエラー処理を行います。

enum MyError: Error {
    case runtimeError(String)
}

do {
    throw MyError.runtimeError("問題が発生しました")
} catch let error {
    print(error)
}

10. ファイル入出力

ファイル操作には FileManager や String のメソッドを使います。

let text = "こんにちは、ファイル"
try text.write(toFile: "file.txt", atomically: true, encoding: .utf8)
let content = try String(contentsOfFile: "file.txt")
print(content)

11. 文字列操作

count、contains、uppercased() などのメソッドを使います。

let text = "Hello World"
print(text.count)
print(text.contains("World"))
print(text.uppercased())

12. クラスとオブジェクト

Swift は class と init を使った OOP をサポートしています。

class Person {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    func greet() {
        print("こんにちは、\(name)です")
    }
}

let p = Person(name: "Alice")
p.greet()

13. オプショナル

Swift では ? と ! でオプショナル値を扱います。

var name: String? = "Alice"
print(name ?? "不明")

if let unwrappedName = name {
    print(unwrappedName)
}