We develop a simple framework to learn bio-inspired foraging policies using human data. We conduct an experiment where humans are virtually immersed in an open field foraging environment and are trained to collect the highest amount of rewards. A Markov Decision Process (MDP) framework is introduced to model the human decision dynamics. Then, Imitation Learning (IL) based on maximum likelihood estimation is used to train Neural Networks (NN) that map human decisions to observed states. The results show that passive imitation substantially underperforms humans. We further refine the human-inspired policies via Reinforcement Learning (RL) using the on-policy Proximal Policy Optimization (PPO) algorithm which shows better stability than other algorithms and can steadily improve the policies pretrained with IL. We show that the combination of IL and RL can match human results and that good performance strongly depends on combining the allocentric information with an egocentric representation of the environment.
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Neural networks have revolutionized the area of artificial intelligence and introduced transformative applications to almost every scientific field and industry. However, this success comes at a great price; the energy requirements for training advanced models are unsustainable. One promising way to address this pressing issue is by developing low-energy neuromorphic hardware that directly supports the algorithm's requirements. The intrinsic non-volatility, non-linearity, and memory of spintronic devices make them appealing candidates for neuromorphic devices. Here we focus on the reservoir computing paradigm, a recurrent network with a simple training algorithm suitable for computation with spintronic devices since they can provide the properties of non-linearity and memory. We review technologies and methods for developing neuromorphic spintronic devices and conclude with critical open issues to address before such devices become widely used.
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Geometric camera calibration is often required for applications that understand the perspective of the image. We propose perspective fields as a representation that models the local perspective properties of an image. Perspective Fields contain per-pixel information about the camera view, parameterized as an up vector and a latitude value. This representation has a number of advantages as it makes minimal assumptions about the camera model and is invariant or equivariant to common image editing operations like cropping, warping, and rotation. It is also more interpretable and aligned with human perception. We train a neural network to predict Perspective Fields and the predicted Perspective Fields can be converted to calibration parameters easily. We demonstrate the robustness of our approach under various scenarios compared with camera calibration-based methods and show example applications in image compositing.
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农作物管理，包括氮（N）受精和灌溉管理，对农作物产量，经济利润和环境产生了重大影响。尽管存在管理指南，但要在特定的种植环境和农作物中找到最佳的管理实践是挑战。先前的工作使用加强学习（RL）和作物模拟器来解决该问题，但是训练有素的政策要么具有有限的性能，要么在现实世界中不可部署。在本文中，我们提出了一种智能作物管理系统，该系统通过RL，模仿学习（IL）同时优化N受精和灌溉，并使用农业技术决策系统（DSSAT）进行了作物模拟。我们首先使用Deep RL，尤其是Deep Q-Network来培训需要从模拟器中的所有状态信息作为观测值（表示为完整观察）的管理政策。然后，我们援引IL来培训管理政策，这些政策只需要有限的国家信息，这些信息可以通过模仿以前的RL训练有素的政策在全面观察中轻松获得的国家（表示为部分观察）。我们在佛罗里达州使用玉米的案例研究进行实验，并将受过训练的政策与玉米管理指南进行比较。我们在全面观察和部分观察中训练有素的政策取得了更好的结果，从而获得更高的利润或类似的利润，而环境影响较小。此外，部分观察管理政策在使用易于使用的信息时直接在现实世界中部署。
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我们使用深层部分最小二乘（DPL）来估算单个股票收益的资产定价模型，该模型以灵活而动态的方式利用调理信息，同时将超额回报归因于一小部分统计风险因素。新颖的贡献是解决非线性因子结构，从而推进经验资产定价中深度学习的当前范式，该定价在假设高斯资产回报和因素的假设下使用线性随机折现因子。通过使用预测的最小二乘正方形来共同投影公司特征和资产回报到潜在因素的子空间，并使用深度学习从因子负载到资产回报中学习非线性图。捕获这种非线性风险因素结构的结果是通过线性风险因素暴露和相互作用效应来表征资产回报中的异常情况。因此，深度学习捕获异常值的众所周知的能力，在潜在因素结构中的角色和高阶项在因素风险溢价上的作用。从经验方面来说，我们实施了DPLS因子模型，并表现出比Lasso和Plain Vanilla深度学习模型表现出卓越的性能。此外，由于DPL的更简约的架构，我们的网络培训时间大大减少了。具体而言，在1989年12月至2018年1月的一段时间内使用Russell 1000指数中的3290资产，我们评估了我们的DPLS因子模型，并生成比深度学习大约1.2倍的信息比率。 DPLS解释了变化和定价错误，并确定了最突出的潜在因素和公司特征。
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在不完整的数据集中对样本进行分类是机器学习从业人员的普遍目的，但并非平凡。在大多数现实世界数据集中发现缺失的数据，这些缺失值通常是使用已建立的方法估算的，然后进行分类现在完成，估算的样本。然后，机器学习研究人员的重点是优化下游分类性能。在这项研究中，我们强调必须考虑插补的质量。我们展示了如何评估质量的常用措施有缺陷，并提出了一类新的差异评分，这些分数着重于该方法重新创建数据的整体分布的程度。总而言之，我们强调了使用不良数据训练的分类器模型的可解释性损害。
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最近已经提出了与紧急磁化动态的互连磁纳环阵列用于储层计算应用，但是对于它们进行计算有用，必须可以优化其动态响应。在这里，我们使用一种现象学模型来证明可以通过调整使用旋转磁场将数据的缩放和输入速率控制到系统中的超级参数来优化这些储存器。我们使用任务独立的指标来评估每组上的这些超参数的戒指的计算能力，并展示这些指标如何直接关联与口头和书面识别任务中的性能相关联。然后，我们通过扩展储库的输出来包括环阵列磁态的多个并发度量，可以进一步改善这些度量。
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估计河床型材，也称为沐浴型，在许多应用中起着至关重要的作用，例如安全有效的内陆导航，对银行侵蚀，地面沉降和洪水风险管理的预测。直接沐浴术调查的高成本和复杂物流，即深度成像，鼓励使用间接测量，例如表面流速。然而，从间接测量估计高分辨率的沐浴族是可以计算地具有挑战性的逆问题。在这里，我们提出了一种基于阶的模型（ROM）的方法，其利用变形的自动化器（VAE），一系列深神经网络，中间具有窄层，以压缩沐浴族和流速信息并加速沐浴逆问题流速测量。在我们的应用中，浅水方程（SWE）具有适当的边界条件（BCS），例如排出和/或自由表面升高，构成前向问题，以预测流速。然后，通过变分编码器在低维度的非线性歧管上构造SWES的ROM。利用不确定性量化（UQ）的估计在贝叶斯环境中的低维潜空间上执行。我们已经在美国萨凡纳河的一英里接触到美国，测试了我们的反转方法。一旦培训了神经网络（离线阶段），所提出的技术就可以比通常基于线性投影的传统反转方法更快地执行幅度的反转操作级，例如主成分分析（PCA）或主要成分地质统计方法（PCGA）。此外，即使具有稀疏的流速测量，测试也可以估计算法估计良好的精度均匀的浴权。
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在许多应用中，河流流速的快速可靠预测在包括洪水风险管理的许多应用中都很重要。浅水方程（SWES）通常用于此目的。然而，SWES的传统数值求解器是计算昂贵的并且需要高分辨率河床型材测量（沐浴浴）。在这项工作中，我们提出了一个两级过程，首先，使用主成分地质统计方法（PCGA）我们估计来自流速测量的浴序的概率密度函数，然后使用机器学习（ML）算法获得用于SWES的快速求解器。快速求解器使用从后浴碱分布的实现，并作为输入的规定范围的BCS。第一阶段允许我们预测流速而不直接测量浴约定。此外，我们将浴约集后部分布增强到更一般的分布，然后将它们作为第二阶段中的ML算法的输入作为输入。这允许求解器将未来的直接浴权测量结合到流速预测中，以提高精度，即使沐浴术与原始间接估计相比随时间变化而变化。我们提出并基准三种不同的求解器，称为PCA-DNN（主成分分析 - 深神经网络），SE（监督编码器）和SVE（监督变分编码器），并在Savannah River，Augusta，GA上验证它们。我们的研究结果表明，快速溶剂能够以良好的准确度预测不同的浴序和BCS的流速，以计算成本明显低于解决传统方法的全边界值问题的成本。
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感知，规划，估算和控制的当代方法允许机器人在不确定，非结构化环境中的远程代理中稳健运行。此进度现在创造了机器人不仅在隔离，而且在我们的复杂环境中运行的机器人。意识到这个机会需要一种高效且灵活的媒介，人类可以与协作机器人沟通。自然语言提供了一种这样的媒体，通过对自然语言理解的统计方法的重大进展，现在能够解释各种自由形式命令。然而，大多数当代方法需要机器人环境的详细，现有的空间语义地图，这些环境模拟了话语可能引用的可能引用的空间。因此，当机器人部署在新的，先前未知或部分观察到的环境中时，这些方法发生故障，特别是当环境的心理模型在人类运营商和机器人之间不同时。本文提供了一种新的学习框架的全面描述，允许现场和服务机器人解释并正确执行先验未知，非结构化环境中的自然语言指令。对于我们的方法而不是我们的语言作为“传感器” - 在话语中隐含的“传感器” - 推断的空间，拓扑和语义信息，然后利用这些信息来学习在潜在环境模型上的分布。我们将此分布纳入概率，语言接地模型中，并在机器人的动作空间的象征性表示中推断出分布。我们使用模仿学习来确定对环境和行为分布的原因的信仰空间政策。我们通过各种导航和移动操纵实验评估我们的框架。
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