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28 changes: 27 additions & 1 deletion MyIA.AI.Notebooks/RL/README.md
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Expand Up @@ -112,7 +112,33 @@ Le notebook 4 pose la question fondatrice du RL : comment choisir entre explorer

**Phase 4 : Les maths sous le capot (~10h, notebooks 5-13)**

Les notebooks 5 à 13 quittent le framework pour implémenter les algorithmes depuis zéro. Le notebook 5 formalise le problème RL (MDP, équation de Bellman, Value/Policy Iteration) et introduit le Q-Learning tabulaire sur FrozenLake et CliffWalking. Le notebook 6 passe à l'échelle avec les réseaux de neurones : DQN et REINFORCE implémentés en PyTorch pur. Le notebook 6b introduit l'architecture Actor-Critic (A2C). Le notebook 6c pousse plus loin avec PPO et son mécanisme de clipping, introduit GAE, et compare les approches. Le notebook 6d approfondit avec SAC (Soft Actor-Critic) et le framework maximum entropy pour les actions continues. Le notebook 6e clôt la lignée policy-gradient avec **GRPO** (Group Relative Policy Optimization, l'algorithme d'entraînement RL de DeepSeek-R1) : l'avantage y est estimé par comparaison au sein d'un groupe de rollouts, sans réseau critique — le pont le plus direct de la série vers le RLHF des LLMs. Le notebook 7 aborde le multi-agent : plusieurs agents qui apprennent simultanément, coopèrent ou s'affrontent (TicTacToe avec self-play). Le notebook 8 ouvre la voie model-based : apprendre un modèle du monde et planifier dessus (Dyna-Q, Dyna-Q+, rollouts), avec les ponts vers MCTS, AlphaZero et MuZero. Le notebook 9 retire le droit d'interagir : apprendre d'un dataset figé (RL offline), avec le Behavior Cloning, l'erreur d'extrapolation du Q-learning naïf, la contrainte de support (BCQ-lite) et le pont vers RLHF/DPO. Le notebook 10 s'attaque au problème du reward sparse : comment guider l'agent quand la récompense est rare ? Le reward shaping potential-based (Ng et al. 1999) accélère la convergence sans biaiser la politique optimale, le curriculum learning organise la difficulté progressive, et le pont vers RLHF montre que le reward model appris est un shaping automatisé. Le notebook 11 aborde la partial observability : l'agent ne voit plus l'état vrai mais une observation bruitée. Le Tiger Problem (Cassandra 1994) illustre le POMDP, le belief tracking (filtre bayésien) maintient une estimation de l'état caché, et le Q-MDP approximation montre les limites de l'approche tabulaire. Le notebook 12 enrichit l'objectif lui-même : au lieu d'apprendre l'espérance du retour comme un DQN, C51 (Categorical DQN, Bellemare et al. 2017) apprend sa **distribution complète** $Z(s,a)$ sur un support à atomes fixes, via une projection catégorielle de la cible de Bellman — ce qui débloque les politiques sensibles au risque (CVaR) impossibles avec une valeur scalaire, et ouvre la lignée QR-DQN / IQN / Rainbow. Le notebook 13 termine sur l'exploration par motivation intrinsèque : RND (Random Network Distillation) transforme l'erreur de prédiction d'un réseau cible figé en bonus de nouveauté, débloquant les récompenses parcimonieuses hors de portée d'epsilon-greedy. Une **sous-série Post-Training** (`rlpt_*`) prolonge cette lignée vers le RL appliqué aux modèles de langage : PPO-RLHF from scratch sur un petit LM char-level (rlpt_1), GRPO sur Qwen3.5-0.8B avec reward vérifiable (rlpt_2, run réel 8 Go), l'anatomie du reward hacking et son inoculation (rlpt_3), puis la comparaison offline-vs-online entre DPO et GRPO à budget égal (rlpt_4). Chaque notebook de la sous-série stub ≥3 exercices, ancre ses interprétations sur des sorties réellement exécutées (C.2), et documente son verdict d'honnêteté multi-seed — la série constitue la **transition naturelle** entre rl_6e (GRPO from scratch) et le pipeline capstone ICT-25 / Post-Training (#5105).
Les notebooks 5 à 13 quittent le framework pour implémenter les algorithmes depuis zéro.

Le notebook 5 formalise le problème RL (MDP, équation de Bellman, Value/Policy Iteration) et introduit le Q-Learning tabulaire sur FrozenLake et CliffWalking.

Le notebook 6 passe à l'échelle avec les réseaux de neurones : DQN et REINFORCE implémentés en PyTorch pur.

Le notebook 6b introduit l'architecture Actor-Critic (A2C).

Le notebook 6c pousse plus loin avec PPO et son mécanisme de clipping, introduit GAE, et compare les approches.

Le notebook 6d approfondit avec SAC (Soft Actor-Critic) et le framework maximum entropy pour les actions continues.

Le notebook 6e clôt la lignée policy-gradient avec **GRPO** (Group Relative Policy Optimization, l'algorithme d'entraînement RL de DeepSeek-R1) : l'avantage y est estimé par comparaison au sein d'un groupe de rollouts, sans réseau critique — le pont le plus direct de la série vers le RLHF des LLMs.

Le notebook 7 aborde le multi-agent : plusieurs agents qui apprennent simultanément, coopèrent ou s'affrontent (TicTacToe avec self-play).

Le notebook 8 ouvre la voie model-based : apprendre un modèle du monde et planifier dessus (Dyna-Q, Dyna-Q+, rollouts), avec les ponts vers MCTS, AlphaZero et MuZero.

Le notebook 9 retire le droit d'interagir : apprendre d'un dataset figé (RL offline), avec le Behavior Cloning, l'erreur d'extrapolation du Q-learning naïf, la contrainte de support (BCQ-lite) et le pont vers RLHF/DPO.

Le notebook 10 s'attaque au problème du reward sparse : comment guider l'agent quand la récompense est rare ? Le reward shaping potential-based (Ng et al. 1999) accélère la convergence sans biaiser la politique optimale, le curriculum learning organise la difficulté progressive, et le pont vers RLHF montre que le reward model appris est un shaping automatisé.

Le notebook 11 aborde la partial observability : l'agent ne voit plus l'état vrai mais une observation bruitée. Le Tiger Problem (Cassandra 1994) illustre le POMDP, le belief tracking (filtre bayésien) maintient une estimation de l'état caché, et le Q-MDP approximation montre les limites de l'approche tabulaire.

Le notebook 12 enrichit l'objectif lui-même : au lieu d'apprendre l'espérance du retour comme un DQN, C51 (Categorical DQN, Bellemare et al. 2017) apprend sa **distribution complète** $Z(s,a)$ sur un support à atomes fixes, via une projection catégorielle de la cible de Bellman — ce qui débloque les politiques sensibles au risque (CVaR) impossibles avec une valeur scalaire, et ouvre la lignée QR-DQN / IQN / Rainbow.

Le notebook 13 termine sur l'exploration par motivation intrinsèque : RND (Random Network Distillation) transforme l'erreur de prédiction d'un réseau cible figé en bonus de nouveauté, débloquant les récompenses parcimonieuses hors de portée d'epsilon-greedy. Une **sous-série Post-Training** (`rlpt_*`) prolonge cette lignée vers le RL appliqué aux modèles de langage : PPO-RLHF from scratch sur un petit LM char-level (rlpt_1), GRPO sur Qwen3.5-0.8B avec reward vérifiable (rlpt_2, run réel 8 Go), l'anatomie du reward hacking et son inoculation (rlpt_3), puis la comparaison offline-vs-online entre DPO et GRPO à budget égal (rlpt_4). Chaque notebook de la sous-série stub ≥3 exercices, ancre ses interprétations sur des sorties réellement exécutées (C.2), et documente son verdict d'honnêteté multi-seed — la série constitue la **transition naturelle** entre rl_6e (GRPO from scratch) et le pipeline capstone ICT-25 / Post-Training (#5105).

## Prerequisites

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