深度强化学习（DRL）代理通常对在训练环境中看不见的视觉变化敏感。为了解决此问题，我们利用RL的顺序性质来学习可靠的表示，这些表示仅根据无监督的多视图设置编码与任务相关的信息。具体而言，我们引入了时间数据的多视图信息瓶颈（MIB）目标的新颖对比版本。我们以这个辅助目标来训练RL代理，以学习可以压缩任务 - 无关的信息并预测与任务相关的动态的强大表示形式。这种方法使我们能够训练具有强大的视觉分散注意力的高性能政策，并且可以很好地推广到看不见的环境。我们证明，当背景被自然视频替换时，我们的方法可以在DeepMind Control Suite的各种视觉控制任务上实现SOTA性能。此外，我们表明我们的方法优于公认的基准，用于概括在Procgen基准上看不见的环境。我们的代码是开源的，可在https：// github上找到。 com/bu依赖-lab/dribo。

具有相同任务的不同环境的概括对于在实际场景中成功应用视觉增强学习（RL）至关重要。然而，从高维观察中，视觉干扰（在真实场景中很常见）可能会对视觉RL中学习的表示形式有害，从而降低概括的性能。为了解决这个问题，我们提出了一种新颖的方法，即特征奖励序列预测（Cresp），以通过学习奖励序列分布（RSD）提取与任务相关的信息，因为奖励信号在RL中与任务相关，并且不变为Visual分心。具体而言，要通过RSD有效捕获与任务相关的信息，Cresp引入了一个辅助任务（即预测RSD的特征功能），以学习与任务相关的表示，因为我们可以很好地通过利用高维分布来实现高维分布相应的特征函数。实验表明，Cresp显着提高了在看不见的环境上的概括性能，在具有不同视觉分散注意力的DeepMind Control任务上表现优于几个最新的。

Learning from visual observations is a fundamental yet challenging problem in Reinforcement Learning (RL). Although algorithmic advances combined with convolutional neural networks have proved to be a recipe for success, current methods are still lacking on two fronts: (a) data-efficiency of learning and (b) generalization to new environments. To this end, we present Reinforcement Learning with Augmented Data (RAD), a simple plug-and-play module that can enhance most RL algorithms. We perform the first extensive study of general data augmentations for RL on both pixel-based and state-based inputs, and introduce two new data augmentations -random translate and random amplitude scale. We show that augmentations such as random translate, crop, color jitter, patch cutout, random convolutions, and amplitude scale can enable simple RL algorithms to outperform complex state-of-the-art methods across common benchmarks. RAD sets a new state-of-the-art in terms of data-efficiency and final performance on the DeepMind Control Suite benchmark for pixel-based control as well as Ope-nAI Gym benchmark for state-based control. We further demonstrate that RAD significantly improves test-time generalization over existing methods on several OpenAI ProcGen benchmarks. Our RAD module and training code are available at https://www.github.com/MishaLaskin/rad.

有效的探索对于具有稀疏奖励或高维状态行动空间的环境中的加固学习代理至关重要。基于国家访问的数量，好奇心和熵最大化的最新作品产生了固有的奖励信号，以激励代理人参观新颖的国家进行探索。但是，代理可能会因包含新颖但任务含量信息的传感器输入的扰动而分心，例如由于传感器噪声或背景变化。在这项工作中，我们通过对时间序列观察中的测试和压缩顺序预测信息进行建模和压缩顺序预测信息，介绍了为学习压缩和时间连贯表示的顺序信息瓶颈目标。为了在嘈杂的环境中有效探索，我们进一步构建了内在的奖励，这些奖励基于学习的表示，以捕获与任务相关的状态新颖性。我们得出了顺序信息瓶颈目标的变异上限，以实用优化，并提供了对派生的上限的信息理论解释。我们对一组基于图像的模拟控制任务进行的实验表明，与基于好奇心，熵最大化和信息获得的最新方法相比，我们的方法可实现更好的样品效率，以及对白噪声和自然视频背景的鲁棒性和鲁棒性。 。

We present CURL: Contrastive Unsupervised Representations for Reinforcement Learning. CURL extracts high-level features from raw pixels using contrastive learning and performs offpolicy control on top of the extracted features. CURL outperforms prior pixel-based methods, both model-based and model-free, on complex tasks in the DeepMind Control Suite and Atari Games showing 1.9x and 1.2x performance gains at the 100K environment and interaction steps benchmarks respectively. On the DeepMind Control Suite, CURL is the first image-based algorithm to nearly match the sample-efficiency of methods that use state-based features. Our code is open-sourced and available at https://www. github.com/MishaLaskin/curl.

通过提供丰富的训练信号来塑造代理人的潜国空间，建模世界可以使机器人学习受益。然而，在诸如图像之类的高维观察空间上的无约束环境中学习世界模型是具有挑战性的。一个难度来源是存在无关但难以模范的背景干扰，以及不重要的任务相关实体的视觉细节。我们通过学习经常性潜在的动态模型来解决这个问题，该模型对比预测下一次观察。即使使用同时的相机，背景和色调分散，这种简单的模型也会导致令人惊讶的鲁棒机器人控制。我们优于替代品，如双刺激方法，这些方法施加来自未来奖励或未来最佳行为的不同性措施。我们在分散注意力控制套件上获得最先进的结果，是基于像素的机器人控制的具有挑战性的基准。

How to learn an effective reinforcement learning-based model for control tasks from high-level visual observations is a practical and challenging problem. A key to solving this problem is to learn low-dimensional state representations from observations, from which an effective policy can be learned. In order to boost the learning of state encoding, recent works are focused on capturing behavioral similarities between state representations or applying data augmentation on visual observations. In this paper, we propose a novel meta-learner-based framework for representation learning regarding behavioral similarities for reinforcement learning. Specifically, our framework encodes the high-dimensional observations into two decomposed embeddings regarding reward and dynamics in a Markov Decision Process (MDP). A pair of meta-learners are developed, one of which quantifies the reward similarity and the other quantifies dynamics similarity over the correspondingly decomposed embeddings. The meta-learners are self-learned to update the state embeddings by approximating two disjoint terms in on-policy bisimulation metric. To incorporate the reward and dynamics terms, we further develop a strategy to adaptively balance their impacts based on different tasks or environments. We empirically demonstrate that our proposed framework outperforms state-of-the-art baselines on several benchmarks, including conventional DM Control Suite, Distracting DM Control Suite and a self-driving task CARLA.

将信号与噪声分开的能力以及干净的抽象对智能至关重要。有了这种能力，人类可以在不考虑所有可能的滋扰因素的情况下有效执行现实世界任务。人造代理可以做同样的事情？当噪音时，代理可以安全地丢弃什么样的信息？在这项工作中，我们根据可控性和与奖励的关系将野外信息分为四种类型，并将有用的信息归为可控和奖励相关的有用信息。该框架阐明了有关强化学习（RL）中的各种先前工作所删除的信息，并导致我们提出的学习方法，即学习一种已明确影响某些噪声分散注意器的DeNOCONE MDP。对DeepMind Control Suite和Robodesk的变体进行的广泛实验表明，我们的DeNocy World模型的表现优于仅使用原始观测值，并且超过了先前的工作，跨政策优化控制任务以及关节位置回归的非控制任务。

We present MEM: Multi-view Exploration Maximization for tackling complex visual control tasks. To the best of our knowledge, MEM is the first approach that combines multi-view representation learning and intrinsic reward-driven exploration in reinforcement learning (RL). More specifically, MEM first extracts the specific and shared information of multi-view observations to form high-quality features before performing RL on the learned features, enabling the agent to fully comprehend the environment and yield better actions. Furthermore, MEM transforms the multi-view features into intrinsic rewards based on entropy maximization to encourage exploration. As a result, MEM can significantly promote the sample-efficiency and generalization ability of the RL agent, facilitating solving real-world problems with high-dimensional observations and spare-reward space. We evaluate MEM on various tasks from DeepMind Control Suite and Procgen games. Extensive simulation results demonstrate that MEM can achieve superior performance and outperform the benchmarking schemes with simple architecture and higher efficiency.

Visual reinforcement learning (RL), which makes decisions directly from high-dimensional visual inputs, has demonstrated significant potential in various domains. However, deploying visual RL techniques in the real world remains challenging due to their low sample efficiency and large generalization gaps. To tackle these obstacles, data augmentation (DA) has become a widely used technique in visual RL for acquiring sample-efficient and generalizable policies by diversifying the training data. This survey aims to provide a timely and essential review of DA techniques in visual RL in recognition of the thriving development in this field. In particular, we propose a unified framework for analyzing visual RL and understanding the role of DA in it. We then present a principled taxonomy of the existing augmentation techniques used in visual RL and conduct an in-depth discussion on how to better leverage augmented data in different scenarios. Moreover, we report a systematic empirical evaluation of DA-based techniques in visual RL and conclude by highlighting the directions for future research. As the first comprehensive survey of DA in visual RL, this work is expected to offer valuable guidance to this emerging field.

这项工作探讨了如何从具有深度加强学习方法的基于图像的观测中学习鲁棒和最广泛的状态表示。解决了在现有的Bisimulation度量工作中的计算复杂性，严格假设和表示崩溃挑战，我们设计了简单的状态表示（SIMSR）运算符，该操作员实现了等效功能，同时通过与Bisimulation度量进行比较来降低顺序的复杂性。SIMSR使我们能够设计一种基于随机逼近的方法，该方法几乎可以从观察到潜在表示空间的观察中学习映射函数（编码器）。除了理论分析外，我们在Visual Mujoco任务中尝试并与最近的最先进解决方案进行了实验。结果表明，我们的模型通常达到更好的性能，具有更好的鲁棒性和良好的概率。

尽管深度强化学习（RL）最近取得了许多成功，但其方法仍然效率低下，这使得在数据方面解决了昂贵的许多问题。我们的目标是通过利用未标记的数据中的丰富监督信号来进行学习状态表示，以解决这一问题。本文介绍了三种不同的表示算法，可以访问传统RL算法使用的数据源的不同子集使用：（i）GRICA受到独立组件分析（ICA）的启发，并训练深层神经网络以输出统计独立的独立特征。输入。 Grica通过最大程度地减少每个功能与其他功能之间的相互信息来做到这一点。此外，格里卡仅需要未分类的环境状态。 （ii）潜在表示预测（LARP）还需要更多的上下文：除了要求状态作为输入外，它还需要先前的状态和连接它们的动作。该方法通过预测当前状态和行动的环境的下一个状态来学习状态表示。预测器与图形搜索算法一起使用。 （iii）重新培训通过训练深层神经网络来学习国家表示，以学习奖励功能的平滑版本。该表示形式用于预处理输入到深度RL，而奖励预测指标用于奖励成型。此方法仅需要环境中的状态奖励对学习表示表示。我们发现，每种方法都有其优势和缺点，并从我们的实验中得出结论，包括无监督的代表性学习在RL解决问题的管道中可以加快学习的速度。

基于像素的控制的学习表示，最近在加固学习中获得了重大关注。已经提出了广泛的方法来实现高效学习，导致类似于完整状态设置中的复杂性。然而，超越仔细策划的像素数据集（以居中作物，适当的照明，清晰的背景等）仍然具有挑战性。在本文中，我们采用更困难的环境，纳入背景干扰者，作为解决这一挑战的第一步。我们提出了一种简单的基线方法，可以学习有意义的表示，没有基于度量的学习，没有数据增强，没有世界模型学习，也没有对比学习。然后，我们分析何时何种以及为什么先前提出的方法可能会失败或减少与此更难设置中的基线相同的表现，以及为什么我们应该仔细考虑扩展在井策良好环境之外的这种方法。我们的研究结果表明，基于奖励密度，问题的规划地平线，任务 - 无关组件等的规划等的粮食基准，对评估算法至关重要。基于这些观察，我们提出了在评估基准任务的算法时考虑不同的指标。我们希望在调查如何最佳地将RL应用于现实世界任务时激励研究人员对重新思考代表学习来激发研究人员。

当相互作用数据稀缺时，深厚的增强学习（RL）算法遭受了严重的性能下降，这限制了其现实世界的应用。最近，视觉表示学习已被证明是有效的，并且有望提高RL样品效率。这些方法通常依靠对比度学习和数据扩展来训练状态预测的过渡模型，这与在RL中使用模型的方式不同 - 基于价值的计划。因此，学到的模型可能无法与环境保持良好状态并产生一致的价值预测，尤其是当国家过渡不是确定性的情况下。为了解决这个问题，我们提出了一种称为价值一致表示学习（VCR）的新颖方法，以学习与决策直接相关的表示形式。更具体地说，VCR训练一个模型，以预测基于当前的状态（也称为“想象的状态”）和一系列动作。 VCR没有将这个想象中的状态与环境返回的真实状态保持一致，而是在两个状态上应用$ q $ - 价值头，并获得了两个行动值分布。然后将距离计算并最小化以迫使想象的状态产生与真实状态相似的动作值预测。我们为离散和连续的动作空间开发了上述想法的两个实现。我们对Atari 100K和DeepMind Control Suite基准测试进行实验，以验证其提高样品效率的有效性。已经证明，我们的方法实现了无搜索RL算法的新最新性能。

尽管学习环境内部模型的强化学习（RL）方法具有比没有模型的对应物更有效的样本效率，但学会从高维传感器中建模原始观察结果可能具有挑战性。先前的工作通过通过辅助目标（例如重建或价值预测）学习观察值的低维表示来解决这一挑战。但是，这些辅助目标与RL目标之间的一致性通常不清楚。在这项工作中，我们提出了一个单一的目标，该目标共同优化了潜在空间模型和政策，以实现高回报，同时保持自洽。这个目标是预期收益的下限。与基于模型的RL在策略探索或模型保证方面的先前范围不同，我们的界限直接依靠整体RL目标。我们证明，所得算法匹配或改善了最佳基于模型和无模型的RL方法的样品效率。尽管这种有效的样品方法通常在计算上是要求的，但我们的方法在较小的壁式锁定时间降低了50 \％。

我们研究离线元加强学习，这是一种实用的强化学习范式，从离线数据中学习以适应新任务。离线数据的分布由行为政策和任务共同确定。现有的离线元强化学习算法无法区分这些因素，从而使任务表示不稳定，不稳定行为策略。为了解决这个问题，我们为任务表示形式提出了一个对比度学习框架，这些框架对培训和测试中行为策略的分布不匹配是可靠的。我们设计了双层编码器结构，使用相互信息最大化来形式化任务表示学习，得出对比度学习目标，并引入了几种方法以近似负面对的真实分布。对各种离线元强化学习基准的实验证明了我们方法比先前方法的优势，尤其是在对分布外行为策略的概括方面。该代码可在https://github.com/pku-ai-ged/corro中找到。

在许多增强学习（RL）应用中，观察空间由人类开发人员指定并受到物理实现的限制，因此可能会随时间的巨大变化（例如，观察特征的数量增加）。然而，当观察空间发生变化时，前一项策略可能由于输入特征不匹配而失败，并且另一个策略必须从头开始培训，这在计算和采样复杂性方面效率低。在理论上见解之后，我们提出了一种新颖的算法，该算法提取源任务中的潜在空间动态，并将动态模型传送到目标任务用作基于模型的常规程序。我们的算法适用于观察空间的彻底变化（例如，从向量的基于矢量的观察到图像的观察），没有任何任务映射或目标任务的任何先前知识。实证结果表明，我们的算法显着提高了目标任务中学习的效率和稳定性。

在现实世界中，感知的信号通常是高维且嘈杂的，并且在下游决策任务所需的必要和充分信息中找到和使用其表示形式，将有助于提高任务中的计算效率和概括能力。在本文中，我们专注于部分可观察到的环境，并建议学习一组最小的状态表示，以捕获足够的决策信息以进行决策，称为\ textIt {动作充足的状态表示}（ASRS）。我们为系统中变量之间的结构关系构建了生成环境模型，并提出了一种基于结构约束的ASRS来表征ASR的原则方法，以及在政策学习中最大程度地提高累积奖励的目标。然后，我们开发一个结构化的顺序变异自动编码器来估计环境模型并提取ASRS。我们关于载载和Vizdoom的经验结果证明了学习和使用ASRS进行政策学习的明显优势。此外，估计的环境模型和ASR允许从紧凑的潜在空间中想象的结果中学习行为，以提高样品效率。

强化学习（RL）代理商广泛用于解决复杂的连续决策任务，但仍然表现出概括到培训期间未见的情景。在先前的在线方法证明，使用超出奖励功能的其他信号可以导致RL代理商中的更好的泛化能力，即使用自我监督学习（SSL），他们在离线RL设置中奋斗，即从静态数据集中学习。我们表明，由于观察之间的相似性差异差，可以在离线设置中阻碍用于RL的普遍的在线算法的性能。我们提出了一种称为广义相似性功能（GSF）的新的理论上动机框架，它使用对比学习来训练基于其预期未来行为的相似性的离线RL代理，以便使用\ EMPH {广义值来量化此相似性。职能}。我们表明GSF足以恢复现有的SSL目标，同时还可以在复杂的离线RL基准，离线Procgen上提高零拍泛化性能。

Learned world models summarize an agent's experience to facilitate learning complex behaviors. While learning world models from high-dimensional sensory inputs is becoming feasible through deep learning, there are many potential ways for deriving behaviors from them. We present Dreamer, a reinforcement learning agent that solves long-horizon tasks from images purely by latent imagination. We efficiently learn behaviors by propagating analytic gradients of learned state values back through trajectories imagined in the compact state space of a learned world model. On 20 challenging visual control tasks, Dreamer exceeds existing approaches in data-efficiency, computation time, and final performance.