离线增强学习（RL）可以从静态数据集中学习控制策略，但是像标准RL方法一样，它需要每个过渡的奖励注释。在许多情况下，将大型数据集标记为奖励可能会很高，尤其是如果人类标签必须提供这些奖励，同时收集多样的未标记数据可能相对便宜。我们如何在离线RL中最好地利用这种未标记的数据？一种自然解决方案是从标记的数据中学习奖励函数，并使用它标记未标记的数据。在本文中，我们发现，也许令人惊讶的是，一种简单得多的方法，它简单地将零奖励应用于未标记的数据可以导致理论和实践中的有效数据共享，而无需学习任何奖励模型。虽然这种方法起初可能看起来很奇怪（并且不正确），但我们提供了广泛的理论和经验分析，说明了它如何摆脱奖励偏见，样本复杂性和分配变化，通常会导致良好的结果。我们表征了这种简单策略有效的条件，并进一步表明，使用简单的重新加权方法扩展它可以进一步缓解通过使用不正确的奖励标签引入的偏见。我们的经验评估证实了模拟机器人运动，导航和操纵设置中的这些发现。

Effectively leveraging large, previously collected datasets in reinforcement learning (RL) is a key challenge for large-scale real-world applications. Offline RL algorithms promise to learn effective policies from previously-collected, static datasets without further interaction. However, in practice, offline RL presents a major challenge, and standard off-policy RL methods can fail due to overestimation of values induced by the distributional shift between the dataset and the learned policy, especially when training on complex and multi-modal data distributions. In this paper, we propose conservative Q-learning (CQL), which aims to address these limitations by learning a conservative Q-function such that the expected value of a policy under this Q-function lower-bounds its true value. We theoretically show that CQL produces a lower bound on the value of the current policy and that it can be incorporated into a policy learning procedure with theoretical improvement guarantees. In practice, CQL augments the standard Bellman error objective with a simple Q-value regularizer which is straightforward to implement on top of existing deep Q-learning and actor-critic implementations. On both discrete and continuous control domains, we show that CQL substantially outperforms existing offline RL methods, often learning policies that attain 2-5 times higher final return, especially when learning from complex and multi-modal data distributions.Preprint. Under review.

Offline reinforcement learning (RL) refers to the problem of learning policies entirely from a large batch of previously collected data. This problem setting offers the promise of utilizing such datasets to acquire policies without any costly or dangerous active exploration. However, it is also challenging, due to the distributional shift between the offline training data and those states visited by the learned policy. Despite significant recent progress, the most successful prior methods are model-free and constrain the policy to the support of data, precluding generalization to unseen states. In this paper, we first observe that an existing model-based RL algorithm already produces significant gains in the offline setting compared to model-free approaches. However, standard model-based RL methods, designed for the online setting, do not provide an explicit mechanism to avoid the offline setting's distributional shift issue. Instead, we propose to modify the existing model-based RL methods by applying them with rewards artificially penalized by the uncertainty of the dynamics. We theoretically show that the algorithm maximizes a lower bound of the policy's return under the true MDP. We also characterize the trade-off between the gain and risk of leaving the support of the batch data. Our algorithm, Model-based Offline Policy Optimization (MOPO), outperforms standard model-based RL algorithms and prior state-of-the-art model-free offline RL algorithms on existing offline RL benchmarks and two challenging continuous control tasks that require generalizing from data collected for a different task. * equal contribution. † equal advising. Orders randomized.34th Conference on Neural Information Processing Systems (NeurIPS 2020),

现有的离线增强学习（RL）方法面临一些主要挑战，尤其是学识渊博的政策与行为政策之间的分配转变。离线Meta-RL正在成为应对这些挑战的一种有前途的方法，旨在从一系列任务中学习信息丰富的元基础。然而，如我们的实证研究所示，离线元RL在具有良好数据集质量的任务上的单个任务RL方法可能胜过，这表明必须在“探索”不合时宜的情况下进行精细的平衡。通过遵循元元素和“利用”离线数据集的分配状态行为，保持靠近行为策略。通过这种经验分析的激励，我们探索了基于模型的离线元RL，并具有正则政策优化（MERPO），该策略优化（MERPO）学习了一种用于有效任务结构推理的元模型，并提供了提供信息的元元素，以安全地探索过分分布状态 - 行为。特别是，我们使用保守的政策评估和正规政策改进，设计了一种新的基于元指数的基于元指数的基于元模型的参与者批判性（RAC），作为MERPO的关键构建块作为Merpo的关键构建块；而其中的内在权衡是通过在两个正规机构之间达到正确的平衡来实现的，一个是基于行为政策，另一个基于元政策。从理论上讲，我们学识渊博的政策可以保证对行为政策和元政策都有保证的改进，从而确保通过离线元RL对新任务的绩效提高。实验证实了Merpo优于现有的离线META-RL方法的出色性能。

增强学习（RL）算法假设用户通过手动编写奖励函数来指定任务。但是，这个过程可能是费力的，需要相当大的技术专长。我们可以设计RL算法，而是通过提供成功结果的示例来支持用户来指定任务吗？在本文中，我们推导了一种控制算法，可以最大化这些成功结果示例的未来概率。在前阶段的工作已经接近了类似的问题，首先学习奖励功能，然后使用另一个RL算法优化此奖励功能。相比之下，我们的方法直接从过渡和成功的结果中学习价值函数，而无需学习此中间奖励功能。因此，我们的方法需要较少的封闭式曲折和调试的代码行。我们表明我们的方法满足了一种新的数据驱动Bellman方程，其中示例取代了典型的奖励函数术语。实验表明，我们的方法优于学习明确奖励功能的先前方法。

我们研究了离线模仿学习（IL）的问题，在该问题中，代理商旨在学习最佳的专家行为政策，而无需其他在线环境互动。取而代之的是，该代理来自次优行为的补充离线数据集。解决此问题的先前工作要么要求专家数据占据离线数据集的大部分比例，要么需要学习奖励功能并在以后执行离线加强学习（RL）。在本文中，我们旨在解决问题，而无需进行奖励学习和离线RL培训的其他步骤，当时示范包含大量次优数据。基于行为克隆（BC），我们引入了一个额外的歧视者，以区分专家和非专家数据。我们提出了一个合作框架，以增强这两个任务的学习，基于此框架，我们设计了一种新的IL算法，其中歧视者的输出是BC损失的权重。实验结果表明，与基线算法相比，我们提出的算法可获得更高的回报和更快的训练速度。

在没有高保真模拟环境的情况下，学习有效的加强学习（RL）政策可以解决现实世界中的复杂任务。在大多数情况下，我们只有具有简化动力学的不完善的模拟器，这不可避免地导致RL策略学习中的SIM到巨大差距。最近出现的离线RL领域为直接从预先收集的历史数据中学习政策提供了另一种可能性。但是，为了达到合理的性能，现有的离线RL算法需要不切实际的离线数据，并具有足够的州行动空间覆盖范围进行培训。这提出了一个新问题：是否有可能通过在线RL中的不完美模拟器中的离线RL中的有限数据中的学习结合到无限制的探索，以解决两种方法的缺点？在这项研究中，我们提出了动态感知的混合离线和对线增强学习（H2O）框架，以为这个问题提供肯定的答案。 H2O引入了动态感知的政策评估方案，该方案可以自适应地惩罚Q函数在模拟的状态行动对上具有较大的动态差距，同时也允许从固定的现实世界数据集中学习。通过广泛的模拟和现实世界任务以及理论分析，我们证明了H2O与其他跨域在线和离线RL算法相对于其他跨域的表现。 H2O提供了全新的脱机脱机RL范式，该范式可能会阐明未来的RL算法设计，以解决实用的现实世界任务。

Off-policy reinforcement learning aims to leverage experience collected from prior policies for sample-efficient learning. However, in practice, commonly used off-policy approximate dynamic programming methods based on Q-learning and actor-critic methods are highly sensitive to the data distribution, and can make only limited progress without collecting additional on-policy data. As a step towards more robust off-policy algorithms, we study the setting where the off-policy experience is fixed and there is no further interaction with the environment. We identify bootstrapping error as a key source of instability in current methods. Bootstrapping error is due to bootstrapping from actions that lie outside of the training data distribution, and it accumulates via the Bellman backup operator. We theoretically analyze bootstrapping error, and demonstrate how carefully constraining action selection in the backup can mitigate it. Based on our analysis, we propose a practical algorithm, bootstrapping error accumulation reduction (BEAR). We demonstrate that BEAR is able to learn robustly from different off-policy distributions, including random and suboptimal demonstrations, on a range of continuous control tasks.

元强化学习（RL）方法可以使用比标准RL少的数据级的元培训策略，但元培训本身既昂贵又耗时。如果我们可以在离线数据上进行元训练，那么我们可以重复使用相同的静态数据集，该数据集将一次标记为不同任务的奖励，以在元测试时间适应各种新任务的元训练策略。尽管此功能将使Meta-RL成为现实使用的实用工具，但离线META-RL提出了除在线META-RL或标准离线RL设置之外的其他挑战。 Meta-RL学习了一种探索策略，该策略收集了用于适应的数据，并元培训策略迅速适应了新任务的数据。由于该策略是在固定的离线数据集上进行了元训练的，因此当适应学识渊博的勘探策略收集的数据时，它可能表现得不可预测，这与离线数据有系统地不同，从而导致分布变化。我们提出了一种混合脱机元元素算法，该算法使用带有奖励的脱机数据来进行自适应策略，然后收集其他无监督的在线数据，而无需任何奖励标签来桥接这一分配变化。通过不需要在线收集的奖励标签，此数据可以便宜得多。我们将我们的方法比较了在模拟机器人的运动和操纵任务上进行离线元rl的先前工作，并发现使用其他无监督的在线数据收集可以显着提高元训练政策的自适应能力，从而匹配完全在线的表现。在一系列具有挑战性的域上，需要对新任务进行概括。

尽管经过过度公路化，但通过监督学习培训的深网络易于优化，表现出优异的概括。解释这一点的一个假设是，过正交的深网络享有随机梯度下降引起的隐含正规化的好处，这些梯度下降引起的促进解决方案概括了良好的测试输入。推动深度加强学习（RL）方法也可能受益于这种效果是合理的。在本文中，我们讨论了监督学习中SGD的隐式正则化效果如何在离线深度RL设置中有害，导致普遍性较差和退化特征表示。我们的理论分析表明，当存在对时间差异学习的现有模型的隐式正则化模型时，由此产生的衍生规则器有利于与监督学习案件的显着对比的过度“混叠”的退化解决方案。我们凭经验备份这些发现，显示通过引导训练的深网络值函数学习的特征表示确实可以变得堕落，别名出在Bellman备份的两侧出现的状态操作对的表示。要解决此问题，我们派生了这个隐式规范器的形式，并通过此推导的启发，提出了一种简单且有效的显式规范器，称为DR3，抵消了本隐式规范器的不良影响。当与现有的离线RL方法结合使用时，DR3大大提高了性能和稳定性，缓解了ATARI 2600游戏，D4RL域和来自图像的机器人操作。

依赖于太多的实验来学习良好的行动，目前的强化学习（RL）算法在现实世界的环境中具有有限的适用性，这可能太昂贵，无法探索探索。我们提出了一种批量RL算法，其中仅使用固定的脱机数据集来学习有效策略，而不是与环境的在线交互。批量RL中的有限数据产生了在培训数据中不充分表示的状态/行动的价值估计中的固有不确定性。当我们的候选政策从生成数据的候选政策发散时，这导致特别严重的外推。我们建议通过两个直接的惩罚来减轻这个问题：减少这种分歧的政策限制和减少过于乐观估计的价值约束。在全面的32个连续动作批量RL基准测试中，我们的方法对最先进的方法进行了比较，无论如何收集离线数据如何。

我们为模仿学习提供了一个新的框架 - 将模仿视为政策和奖励之间的基于两人排名的游戏。在这个游戏中，奖励代理商学会了满足行为之间的成对性能排名，而政策代理人则学会最大程度地提高这种奖励。在模仿学习中，很难获得近乎最佳的专家数据，即使在无限数据的限制下，也不能像偏好一样对轨迹进行总订购。另一方面，仅从偏好中学习就具有挑战性，因为需要大量偏好来推断高维奖励功能，尽管偏好数据通常比专家演示更容易收集。经典的逆增强学习（IRL）的配方从专家演示中学习，但没有提供从离线偏好中纳入学习的机制，反之亦然。我们将提出的排名游戏框架实例化，并具有新颖的排名损失，从而使算法可以同时从专家演示和偏好中学习，从而获得两种方式的优势。我们的实验表明，所提出的方法可实现最新的样本效率，并可以从观察（LFO）设置中学习以前无法解决的任务。

我们根据相对悲观主义的概念，在数据覆盖不足的情况下提出了经过对抗训练的演员评论家（ATAC），这是一种新的无模型算法（RL）。 ATAC被设计为两人Stackelberg游戏：政策演员与受对抗训练的价值评论家竞争，后者发现参与者不如数据收集行为策略的数据一致方案。我们证明，当演员在两人游戏中不后悔时，运行ATAC会产生一项政策，证明1）在控制悲观程度的各种超级参数上都超过了行为政策，而2）与最佳竞争。 policy covered by data with appropriately chosen hyperparameters.与现有作品相比，尤其是我们的框架提供了一般函数近似的理论保证，也提供了可扩展到复杂环境和大型数据集的深度RL实现。在D4RL基准测试中，ATAC在一系列连续的控制任务上始终优于最先进的离线RL算法。

大多数前往离线强化学习（RL）的方法都采取了一种迭代演员 - 批评批评，涉及违规评估。在本文中，我们展示了使用行为政策的政策Q估计来令人惊讶地执行一步的Q估计，从而简单地执行一个受限制/正规化的政策改进的步骤。该一步算法在大部分D4RL基准测试中击败了先前报告的迭代算法的结果。一步基线实现了这种强劲的性能，同时对超公数更简单，更强大而不是先前提出的迭代算法。我们认为迭代方法的表现相对较差是在违反政策评估中固有的高方差，并通过对这些估计的重复优化的政策进行放大。此外，我们假设一步算法的强大性能是由于环境和行为政策中有利结构的组合。

尽管理论上的行为克隆（BC）遭受了复杂错误，但其可扩展性和简单性仍然使其成为一种有吸引力的模仿学习算法。相比之下，对抗性训练的模仿方法通常不会共享相同的问题，但需要与环境进行互动。同时，大多数模仿学习方法仅利用最佳数据集，这可能比其次优的数据集更昂贵。出现的一个问题是，我们可以以原则上的方式使用次优数据集，否则会闲置吗？我们提出了一个基于可扩展模型的离线模仿学习算法框架，该算法框架利用次优和最佳策略收集的数据集，并表明其最坏情况下的次优率在时间范围内相对于专家样本而变线。我们从经验上验证了我们的理论结果，并表明所提出的方法\ textit {始终}在模拟连续控制域的低数据状态下优于BC。

有效的探索是深度强化学习的关键挑战。几种方法，例如行为先验，能够利用离线数据，以便在复杂任务上有效加速加强学习。但是，如果手动的任务与所证明的任务过度偏离，则此类方法的有效性是有限的。在我们的工作中，我们建议从离线数据中学习功能，这些功能由更加多样化的任务共享，例如动作与定向之间的相关性。因此，我们介绍了无国有先验，该先验直接在显示的轨迹中直接建模时间一致性，并且即使在对简单任务收集的数据进行培训时，也能够在复杂的任务中推动探索。此外，我们通过从政策和行动之前的概率混合物中动态采样动作，引入了一种新颖的集成方案，用于非政策强化学习中的动作研究。我们将我们的方法与强大的基线相提并论，并提供了经验证据，表明它可以在稀疏奖励环境下的长途持续控制任务中加速加强学习。

我们提出了状态匹配的离线分布校正估计（SMODICE），这是一种新颖且基于多功能回归的离线模仿学习（IL）算法，该算法是通过状态占用匹配得出的。我们表明，SMODICE目标通过在表格MDP中的Fenchel二元性和一个分析解决方案的应用来接受一个简单的优化过程。不需要访问专家的行动，可以将Smodice有效地应用于三个离线IL设置：（i）模仿观察值（IFO），（ii）IFO具有动态或形态上不匹配的专家，以及（iii）基于示例的加固学习，这些学习我们表明可以将其公式为州占领的匹配问题。我们在GridWorld环境以及高维离线基准上广泛评估了Smodice。我们的结果表明，Smodice对于所有三个问题设置都有效，并且在前最新情况下均明显胜过。

离线目标条件的强化学习（GCRL）承诺以从纯粹的离线数据集实现各种目标的形式的通用技能学习。我们提出$ \ textbf {go} $ al-al-conditioned $ f $ - $ \ textbf {a} $ dvantage $ \ textbf {r} $ egression（gofar），这是一种基于新颖的回归gcrl gcrl algorithm，它源自州越来越多匹配的视角；关键的直觉是，可以将目标任务提出为守护动态的模仿者和直接传送到目标的专家代理之间的状态占用匹配问题。与先前的方法相反，Gofar不需要任何事后重新标签，并且对其价值和策略网络享有未融合的优化。这些独特的功能允许Gofar具有更好的离线性能和稳定性以及统计性能保证，这对于先前的方法无法实现。此外，我们证明了Gofar的训练目标可以重新使用，以从纯粹的离线源数据域数据中学习独立于代理的目标条件计划的计划者，这可以使零射击传输到新的目标域。通过广泛的实验，我们验证了Gofar在各种问题设置和任务中的有效性，显着超过了先前的先验。值得注意的是，在真正的机器人灵活性操纵任务上，虽然没有其他方法取得了有意义的进步，但Gofar获得了成功实现各种目标的复杂操纵行为。

脱机强化学习 - 从一批数据中学习策略 - 是难以努力的：如果没有制造强烈的假设，它很容易构建实体算法失败的校长。在这项工作中，我们考虑了某些现实世界问题的财产，其中离线强化学习应该有效：行动仅对一部分产生有限的行动。我们正规化并介绍此动作影响规律（AIR）财产。我们进一步提出了一种算法，该算法假定和利用AIR属性，并在MDP满足空气时绑定输出策略的子优相。最后，我们展示了我们的算法在定期保留的两个模拟环境中跨越不同的数据收集策略占据了现有的离线强度学习算法。

在训练数据的分布中评估时，学到的模型和政策可以有效地概括，但可以在分布输入输入的情况下产生不可预测且错误的输出。为了避免在部署基于学习的控制算法时分配变化，我们寻求一种机制将代理商限制为类似于受过训练的国家和行动的机制。在控制理论中，Lyapunov稳定性和控制不变的集合使我们能够保证稳定系统周围系统的控制器，而在机器学习中，密度模型使我们能够估算培训数据分布。我们可以将这两个概念结合起来，产生基于学习的控制算法，这些算法仅使用分配动作将系统限制为分布状态？在这项工作中，我们建议通过结合Lyapunov稳定性和密度估计的概念来做到这一点，引入Lyapunov密度模型：控制Lyapunov函数和密度模型的概括，这些函数和密度模型可以保证代理商在其整个轨迹上保持分布的能力。