Linear temporal logic (LTL) is a widely-used task specification language which has a compositional grammar that naturally induces temporally extended behaviours across tasks, including conditionals and alternative realizations. An important problem i RL with LTL tasks is to learn task-conditioned policies which can zero-shot generalize to new LTL instructions not observed in the training. However, because symbolic observation is often lossy and LTL tasks can have long time horizon, previous works can suffer from issues such as training sampling inefficiency and infeasibility or sub-optimality of the found solutions. In order to tackle these issues, this paper proposes a novel multi-task RL algorithm with improved learning efficiency and optimality. To achieve the global optimality of task completion, we propose to learn options dependent on the future subgoals via a novel off-policy approach. In order to propagate the rewards of satisfying future subgoals back more efficiently, we propose to train a multi-step value function conditioned on the subgoal sequence which is updated with Monte Carlo estimates of multi-step discounted returns. In experiments on three different domains, we evaluate the LTL generalization capability of the agent trained by the proposed method, showing its advantage over previous representative methods.

教深入的强化学习（RL）代理在多任务环境中遵循说明是一个挑战性的问题。我们认为用户通过线性时间逻辑（LTL）公式定义了每个任务。但是，用户可能未知的复杂环境中的某些因果关系依赖性未知。因此，当人类用户指定说明时，机器人无法通过简单地按照给定的说明来解决任务。在这项工作中，我们提出了一个分层增强学习（HRL）框架，其中学习了符号过渡模型，以有效地制定高级计划，以指导代理有效地解决不同的任务。具体而言，符号过渡模型是通过归纳逻辑编程（ILP）学习的，以捕获状态过渡的逻辑规则。通过计划符号过渡模型的乘积和从LTL公式得出的自动机的乘积，代理可以解决因果关系依赖性，并将因果复杂问题分解为一系列简单的低级子任务。我们在离散和连续域中的三个环境上评估了提出的框架，显示了比以前的代表性方法的优势。

使用强化学习解决复杂的问题必须将问题分解为可管理的任务，无论是明确或隐式的任务，并学习解决这些任务的政策。反过来，这些政策必须由采取高级决策的总体政策来控制。这需要培训算法在学习这些政策时考虑这种等级决策结构。但是，实践中的培训可能会导致泛化不良，要么在很少的时间步骤执行动作，要么将其全部转变为单个政策。在我们的工作中，我们介绍了一种替代方法来依次学习此类技能，而无需使用总体层次的政策。我们在环境的背景下提出了这种方法，在这种环境的背景下，学习代理目标的主要组成部分是尽可能长时间延长情节。我们将我们提出的方法称为顺序选择评论家。我们在我们开发的灵活的模拟3D导航环境中演示了我们在导航和基于目标任务的方法的实用性。我们还表明，我们的方法优于先前的方法，例如在我们的环境中，柔软的演员和软选择评论家，以及健身房自动驾驶汽车模拟器和Atari River RAID RAID环境。

强化学习（RL）是一种有希望的方法，对现实世界的应用程序取得有限，因为确保安全探索或促进充分利用是控制具有未知模型和测量不确定性的机器人系统的挑战。这种学习问题对于连续空间（状态空间和动作空间）的复杂任务变得更加棘手。在本文中，我们提出了一种由几个方面组成的基于学习的控制框架：（1）线性时间逻辑（LTL）被利用，以便于可以通过无限视野的复杂任务转换为新颖的自动化结构; （2）我们为RL-Agent提出了一种创新的奖励计划，正式保证，使全球最佳政策最大化满足LTL规范的概率; （3）基于奖励塑造技术，我们开发了利用自动机构结构的好处进行了模块化的政策梯度架构来分解整体任务，并促进学习控制器的性能; （4）通过纳入高斯过程（GPS）来估计不确定的动态系统，我们使用指数控制屏障功能（ECBF）综合基于模型的保障措施来解决高阶相对度的问题。此外，我们利用LTL自动化和ECBF的性质来构建引导过程，以进一步提高勘探效率。最后，我们通过多个机器人环境展示了框架的有效性。我们展示了这种基于ECBF的模块化深RL算法在训练期间实现了近乎完美的成功率和保护安全性，并且在训练期间具有很高的概率信心。

顺序决策的两种常见方法是AI计划（AIP）和强化学习（RL）。每个都有优点和缺点。 AIP是可解释的，易于与象征知识集成，并且通常是有效的，但需要前期逻辑域的规范，并且对噪声敏感； RL仅需要奖励的规范，并且对噪声是强大的，但效率低下，不容易提供外部知识。我们提出了一种综合方法，将高级计划与RL结合在一起，保留可解释性，转移和效率，同时允许对低级计划行动进行强有力的学习。我们的方法通过在AI计划问题的状态过渡模型与Markov决策过程（MDP）的抽象状态过渡系统（MDP）之间建立对应关系，从而定义了AIP操作员的分层增强学习（HRL）的选项。通过添加内在奖励来鼓励MDP和AIP过渡模型之间的一致性来学习选项。我们通过比较Minigrid和N房间环境中RL和HRL算法的性能来证明我们的综合方法的好处，从而显示了我们方法比现有方法的优势。

长期以来，能够接受和利用特定于人类的任务知识的增强学习（RL）代理人被认为是开发可扩展方法来解决长途问题的可能策略。尽管以前的作品已经研究了使用符号模型以及RL方法的可能性，但他们倾向于假设高级动作模型在低级别上是可执行的，并且流利者可以专门表征所有理想的MDP状态。但是，现实世界任务的符号模型通常是不完整的。为此，我们介绍了近似符号模型引导的增强学习，其中我们将正式化符号模型与基础MDP之间的关系，这将使我们能够表征符号模型的不完整性。我们将使用这些模型来提取将用于分解任务的高级地标。在低水平上，我们为地标确定的每个可能的任务次目标学习了一组不同的政策，然后将其缝合在一起。我们通过在三个不同的基准域进行测试来评估我们的系统，并显示即使是不完整的符号模型信息，我们的方法也能够发现任务结构并有效地指导RL代理到达目标。

本文研究了一种使用背景计划的新方法，用于基于模型的增强学习：混合（近似）动态编程更新和无模型更新，类似于DYNA体系结构。通过学习模型的背景计划通常比无模型替代方案（例如Double DQN）差，尽管前者使用了更多的内存和计算。基本问题是，学到的模型可能是不准确的，并且经常会产生无效的状态，尤其是在迭代许多步骤时。在本文中，我们通过将背景规划限制为一组（抽象）子目标并仅学习本地，子观念模型来避免这种限制。这种目标空间计划（GSP）方法更有效地是在计算上，自然地纳入了时间抽象，以进行更快的长胜压计划，并避免完全学习过渡动态。我们表明，在各种情况下，我们的GSP算法比双DQN基线要快得多。

最先进的多机构增强学习（MARL）方法为各种复杂问题提供了有希望的解决方案。然而，这些方法都假定代理执行同步的原始操作执行，因此它们不能真正可扩展到长期胜利的真实世界多代理/机器人任务，这些任务固有地要求代理/机器人以异步的理由，涉及有关高级动作选择的理由。不同的时间。宏观行动分散的部分可观察到的马尔可夫决策过程（MACDEC-POMDP）是在完全合作的多代理任务中不确定的异步决策的一般形式化。在本论文中，我们首先提出了MacDec-Pomdps的一组基于价值的RL方法，其中允许代理在三个范式中使用宏观成果功能执行异步学习和决策：分散学习和控制，集中学习，集中学习和控制，以及分散执行的集中培训（CTDE）。在上述工作的基础上，我们在三个训练范式下制定了一组基于宏观行动的策略梯度算法，在该训练范式下，允许代理以异步方式直接优化其参数化策略。我们在模拟和真实的机器人中评估了我们的方法。经验结果证明了我们在大型多代理问题中的方法的优势，并验证了我们算法在学习具有宏观actions的高质量和异步溶液方面的有效性。

在本文中，我们提出了一种新的马尔可夫决策过程学习分层表示的方法。我们的方法通过将状态空间划分为子集，并定义用于在分区之间执行转换的子任务。我们制定将状态空间作为优化问题分区的问题，该优化问题可以使用梯度下降给出一组采样的轨迹来解决，使我们的方法适用于大状态空间的高维问题。我们经验验证方法，通过表示它可以成功地在导航域中成功学习有用的分层表示。一旦了解到，分层表示可以用于解决给定域中的不同任务，从而概括跨任务的知识。

Though transfer learning is promising to increase the learning efficiency, the existing methods are still subject to the challenges from long-horizon tasks, especially when expert policies are sub-optimal and partially useful. Hence, a novel algorithm named EASpace (Enhanced Action Space) is proposed in this paper to transfer the knowledge of multiple sub-optimal expert policies. EASpace formulates each expert policy into multiple macro actions with different execution time period, then integrates all macro actions into the primitive action space directly. Through this formulation, the proposed EASpace could learn when to execute which expert policy and how long it lasts. An intra-macro-action learning rule is proposed by adjusting the temporal difference target of macro actions to improve the data efficiency and alleviate the non-stationarity issue in multi-agent settings. Furthermore, an additional reward proportional to the execution time of macro actions is introduced to encourage the environment exploration via macro actions, which is significant to learn a long-horizon task. Theoretical analysis is presented to show the convergence of the proposed algorithm. The efficiency of the proposed algorithm is illustrated by a grid-based game and a multi-agent pursuit problem. The proposed algorithm is also implemented to real physical systems to justify its effectiveness.

本文研究了Markov决策过程（MDP）建模的自主动态系统的运动规划，在连续状态和动作空间上具有未知的过渡概率。线性时间逻辑（LTL）用于指定无限地平线上的高级任务，可以转换为具有几种接受集的极限确定性广义B \“UCHI Automaton（LDGBA）。新颖性是设计嵌入式产品MDP（通过结合同步跟踪 - 前沿函数来记录自动化的同步跟踪 - 前沿函数，并促进接受条件的满足感。基于LDGBA的奖励塑造和折扣方案的模型的满足 - 免费加强学习（RL）仅取决于EP-MDP状态，并可以克服稀疏奖励的问题。严格的分析表明，任何优化预期折扣返回的RL方法都保证找到最佳策略，其迹线最大化满意度概率。然后开发模块化深度确定性政策梯度（DDPG）以在连续状态和行动空间上生成此类策略。我们的f Ramework通过一系列Openai健身房环境进行评估。

我们提出了一种层次结构的增强学习方法Hidio，可以以自我监督的方式学习任务不合时宜的选项，同时共同学习利用它们来解决稀疏的奖励任务。与当前倾向于制定目标的低水平任务或预定临时的低级政策不同的层次RL方法不同，Hidio鼓励下级选项学习与手头任务无关，几乎不需要假设或很少的知识任务结构。这些选项是通过基于选项子对象的固有熵最小化目标来学习的。博学的选择是多种多样的，任务不可能的。在稀疏的机器人操作和导航任务的实验中，Hidio比常规RL基准和两种最先进的层次RL方法，其样品效率更高。

将机器人部署在现实世界中的机器人（例如家庭和灵活的制造线路）中，要求机器人按需任务。线性时间逻辑（LTL）是一种广泛使用的规范语言，具有组成语法，自然会在任务中引起共同点。但是，大多数先前关于使用LTL规范的强化学习的研究都独立治疗了每个新公式。我们提出了LTL-Transfer，这是一种新颖的算法，通过将培训任务的政策分割为便携式过渡性的技能，能够满足各种各样的LTL LTL规范，同时尊重安全性批判性约束，从而使跨任务的子policy重复使用。我们在Minecraft启发的领域中进行的实验表明，LTL转移能够满足500个看不见的任务中90％以上的能力，同时仅培训50个任务规格，并且从不违反安全限制。我们还在家庭环境中将LTL转移部署在四倍的移动操纵器上，以显示其以零拍的方式转移到许多获取和交付任务的能力。

人类通常通过将它们分解为更容易的子问题，然后结合子问题解决方案来解决复杂的问题。这种类型的组成推理允许在解决共享一部分基础构图结构的未来任务时重复使用子问题解决方案。在持续或终身的强化学习（RL）设置中，将知识分解为可重复使用的组件的能力将使代理通过利用积累的组成结构来快速学习新的RL任务。我们基于神经模块探索一种特定形式的组成形式，并提出了一组RL问题，可以直观地接受组成溶液。从经验上讲，我们证明了神经组成确实捕获了问题空间的基本结构。我们进一步提出了一种构图终身RL方法，该方法利用累积的神经成分来加速学习未来任务的学习，同时通过离线RL通过离线RL保留以前的RL，而不是重播经验。

资产分配（或投资组合管理）是确定如何最佳将有限预算的资金分配给一系列金融工具/资产（例如股票）的任务。这项研究调查了使用无模型的深RL代理应用于投资组合管理的增强学习（RL）的性能。我们培训了几个RL代理商的现实股票价格，以学习如何执行资产分配。我们比较了这些RL剂与某些基线剂的性能。我们还比较了RL代理，以了解哪些类别的代理表现更好。从我们的分析中，RL代理可以执行投资组合管理的任务，因为它们的表现明显优于基线代理（随机分配和均匀分配）。四个RL代理（A2C，SAC，PPO和TRPO）总体上优于最佳基线MPT。这显示了RL代理商发现更有利可图的交易策略的能力。此外，基于价值和基于策略的RL代理之间没有显着的性能差异。演员批评者的表现比其他类型的药物更好。同样，在政策代理商方面的表现要好，因为它们在政策评估方面更好，样品效率在投资组合管理中并不是一个重大问题。这项研究表明，RL代理可以大大改善资产分配，因为它们的表现优于强基础。基于我们的分析，在政策上，参与者批评的RL药物显示出最大的希望。

马尔可夫决策过程通常用于不确定性下的顺序决策。然而，对于许多方面，从受约束或安全规范到任务和奖励结构中的各种时间（非Markovian）依赖性，需要扩展。为此，近年来，兴趣已经发展成为强化学习和时间逻辑的组合，即灵活的行为学习方法的组合，具有稳健的验证和保证。在本文中，我们描述了最近引入的常规决策过程的实验调查，该过程支持非马洛维亚奖励功能以及过渡职能。特别是，我们为常规决策过程，与在线，增量学习有关的算法扩展，对无模型和基于模型的解决方案算法的实证评估，以及以常规但非马尔维亚，网格世界的应用程序的算法扩展。

基于自动机的方法使机器人能够执行各种复杂的任务。但是，大多数现有的基于自动机的算法都高度依赖于已考虑任务的状态的手动定制表示，从而限制了其在深度强化学习算法中的适用性。为了解决这个问题，通过将变压器纳入强化学习中，我们开发了一个双转化器引导的时间逻辑框架（T2TL），该逻辑框架（T2TL）两次利用变压器的结构特征，即首先通过变压器模块编码LTL指令，以有效地理解对有效的理解培训期间的任务说明，然后再次通过变压器编码上下文变量，以改善任务性能。特别是，LTL指令由Co-Safe LTL指定。作为具有语义的改写操作，LTL的进展被利用以将复杂的任务分解为可学习的子目标，这不仅将非马克维亚奖励决策转换为马尔可夫的奖励决策过程，而且通过同时学习多个子 - 学习效率，提高了采样效率。任务。进一步纳入了环境不足的LTL预训练方案，以促进变压器模块的学习，从而改善LTL的表示。模拟和实验结果证明了T2TL框架的有效性。

需要长马计划和持续控制能力的问题对现有的强化学习剂构成了重大挑战。在本文中，我们介绍了一种新型的分层增强学习代理，该学习代理将延时的技能与持续控制的技能与远期模型联系起来，以象征性的分离环境的计划进行计划。我们认为我们的代理商符合符号效应的多样化技能。我们制定了一种客观且相应的算法，该算法通过已知的抽象来通过内在动机来无监督学习各种技能。这些技能是通过符号前向模型共同学习的，该模型捕获了国家抽象中技能执行的影响。训练后，我们可以使用向前模型来利用符号动作的技能来进行长途计划，并随后使用学识渊博的连续行动控制技能执行计划。拟议的算法学习了技能和前瞻性模型，可用于解决复杂的任务，这些任务既需要连续控制和长效计划功能，却具有很高的成功率。它与其他平坦和分层的增强学习基线代理相比，并通过真正的机器人成功证明。

我们介绍了一种改进政策改进的方法，该方法在基于价值的强化学习（RL）的贪婪方法与基于模型的RL的典型计划方法之间进行了插值。新方法建立在几何视野模型（GHM，也称为伽马模型）的概念上，该模型对给定策略的折现状态验证分布进行了建模。我们表明，我们可以通过仔细的基本策略GHM的仔细组成，而无需任何其他学习，可以评估任何非马尔科夫策略，以固定的概率在一组基本马尔可夫策略之间切换。然后，我们可以将广义政策改进（GPI）应用于此类非马尔科夫政策的收集，以获得新的马尔可夫政策，通常将其表现优于其先驱。我们对这种方法提供了彻底的理论分析，开发了转移和标准RL的应用，并在经验上证明了其对标准GPI的有效性，对充满挑战的深度RL连续控制任务。我们还提供了GHM培训方法的分析，证明了关于先前提出的方法的新型收敛结果，并显示了如何在深度RL设置中稳定训练这些模型。

许多现实世界的应用程序都可以作为多机构合作问题进行配置，例如网络数据包路由和自动驾驶汽车的协调。深入增强学习（DRL）的出现为通过代理和环境的相互作用提供了一种有前途的多代理合作方法。但是，在政策搜索过程中，传统的DRL解决方案遭受了多个代理具有连续动作空间的高维度。此外，代理商政策的动态性使训练非平稳。为了解决这些问题，我们建议采用高级决策和低水平的个人控制，以进行有效的政策搜索，提出一种分层增强学习方法。特别是，可以在高级离散的动作空间中有效地学习多个代理的合作。同时，低水平的个人控制可以减少为单格强化学习。除了分层增强学习外，我们还建议对手建模网络在学习过程中对其他代理的政策进行建模。与端到端的DRL方法相反，我们的方法通过以层次结构将整体任务分解为子任务来降低学习的复杂性。为了评估我们的方法的效率，我们在合作车道变更方案中进行了现实世界中的案例研究。模拟和现实世界实验都表明我们的方法在碰撞速度和收敛速度中的优越性。