目标条件的等级加强学习（HRL）显示了解决复杂和长地平线的rl任务的有希望的结果。然而，目标条件的HRL中高级政策的动作空间通常很大，因此它导致勘探差，导致培训效率低下。在本文中，我们呈现了地标（HIGL）指导的等级强化学习，这是一种培训高级政策的新框架，其具有划分的有希望的国家探索的有希望的国家。 HIGL的关键组成部分是双重的：（a）对勘探和（b）提供信息的采样标志性，鼓励高级政策为选定的地标产生子群。对于（a），我们考虑两个标准：覆盖整个访问的状态空间（即状态的分散）和状态的新颖（即，状态的预测误差）。 for（b），我们选择一个地标作为最短路径中的第一个地标，其节点是地标的图形。我们的实验表明，由于地标引导的有效探索，我们的框架占各种控制权的现有技术。

目标条件层次结构增强学习（HRL）是扩大强化学习（RL）技术的有前途的方法。但是，由于高级的动作空间，即目标空间很大。在大型目标空间中进行搜索对于高级子观念和低级政策学习都构成了困难。在本文中，我们表明，可以使用邻接约束来限制从整个目标空间到当前状态的$ k $步骤相邻区域的高级动作空间，从而有效缓解此问题。从理论上讲，我们证明在确定性的马尔可夫决策过程（MDP）中，所提出的邻接约束保留了最佳的层次结构策略，而在随机MDP中，邻接约束诱导了由MDP的过渡结构确定的有界状态价值次数。我们进一步表明，可以通过培训可以区分邻近和非贴种亚目标的邻接网络来实际实现此约束。对离散和连续控制任务的实验结果，包括挑战性的机器人运动和操纵任务，表明合并邻接性约束可显着提高最先进的目标条件条件的HRL方法的性能。

在现实世界中经营通常需要代理商来了解复杂的环境，并应用这种理解以实现一系列目标。这个问题被称为目标有条件的强化学习（GCRL），对长地平线的目标变得特别具有挑战性。目前的方法通过使用基于图形的规划算法增强目标条件的策略来解决这个问题。然而，他们努力缩放到大型高维状态空间，并采用用于有效地收集训练数据的探索机制。在这项工作中，我们介绍了继任者功能标志性（SFL），这是一种探索大型高维环境的框架，以获得熟练的政策熟练的策略。 SFL利用继承特性（SF）来捕获转换动态的能力，通过估计状态新颖性来驱动探索，并通过将状态空间作为基于非参数标志的图形来实现高级规划。我们进一步利用SF直接计算地标遍历的目标条件调节策略，我们用于在探索状态空间边缘执行计划“前沿”地标。我们在我们的Minigrid和VizDoom进行了实验，即SFL可以高效地探索大型高维状态空间和优于长地平线GCRL任务的最先进的基线。

Hierarchical Reinforcement Learning (HRL) algorithms have been demonstrated to perform well on high-dimensional decision making and robotic control tasks. However, because they solely optimize for rewards, the agent tends to search the same space redundantly. This problem reduces the speed of learning and achieved reward. In this work, we present an Off-Policy HRL algorithm that maximizes entropy for efficient exploration. The algorithm learns a temporally abstracted low-level policy and is able to explore broadly through the addition of entropy to the high-level. The novelty of this work is the theoretical motivation of adding entropy to the RL objective in the HRL setting. We empirically show that the entropy can be added to both levels if the Kullback-Leibler (KL) divergence between consecutive updates of the low-level policy is sufficiently small. We performed an ablative study to analyze the effects of entropy on hierarchy, in which adding entropy to high-level emerged as the most desirable configuration. Furthermore, a higher temperature in the low-level leads to Q-value overestimation and increases the stochasticity of the environment that the high-level operates on, making learning more challenging. Our method, SHIRO, surpasses state-of-the-art performance on a range of simulated robotic control benchmark tasks and requires minimal tuning.

In reinforcement learning applications like robotics, agents usually need to deal with various input/output features when specified with different state/action spaces by their developers or physical restrictions. This indicates unnecessary re-training from scratch and considerable sample inefficiency, especially when agents follow similar solution steps to achieve tasks. In this paper, we aim to transfer similar high-level goal-transition knowledge to alleviate the challenge. Specifically, we propose PILoT, i.e., Planning Immediate Landmarks of Targets. PILoT utilizes the universal decoupled policy optimization to learn a goal-conditioned state planner; then, distills a goal-planner to plan immediate landmarks in a model-free style that can be shared among different agents. In our experiments, we show the power of PILoT on various transferring challenges, including few-shot transferring across action spaces and dynamics, from low-dimensional vector states to image inputs, from simple robot to complicated morphology; and we also illustrate a zero-shot transfer solution from a simple 2D navigation task to the harder Ant-Maze task.

For an autonomous agent to fulfill a wide range of user-specified goals at test time, it must be able to learn broadly applicable and general-purpose skill repertoires. Furthermore, to provide the requisite level of generality, these skills must handle raw sensory input such as images. In this paper, we propose an algorithm that acquires such general-purpose skills by combining unsupervised representation learning and reinforcement learning of goal-conditioned policies. Since the particular goals that might be required at test-time are not known in advance, the agent performs a self-supervised "practice" phase where it imagines goals and attempts to achieve them. We learn a visual representation with three distinct purposes: sampling goals for self-supervised practice, providing a structured transformation of raw sensory inputs, and computing a reward signal for goal reaching. We also propose a retroactive goal relabeling scheme to further improve the sample-efficiency of our method. Our off-policy algorithm is efficient enough to learn policies that operate on raw image observations and goals for a real-world robotic system, and substantially outperforms prior techniques. * Equal contribution. Order was determined by coin flip.

在本文中，我们介绍了潜在的探索（LGE），这是一种基于探索加固学习（RL）的探索范式的简单而通用的方法。最初引入了Go-explore，并具有强大的域知识约束，以将状态空间划分为单元。但是，在大多数实际情况下，从原始观察中汲取域知识是复杂而乏味的。如果细胞分配不足以提供信息，则可以完全无法探索环境。我们认为，可以通过利用学习的潜在表示，可以将Go-explore方法推广到任何环境，而无需细胞。因此，我们表明LGE可以灵活地与学习潜在表示的任何策略相结合。我们表明，LGE虽然比Go-explore更简单，但在多个硬探索环境上纯粹的探索方面，更强大，并且优于所有最先进的算法。 LGE实现可在https://github.com/qgallouedec/lge上作为开源。

基于模型的增强学习（RL）是一种通过利用学习的单步动力学模型来计划想象中的动作来学习复杂行为的样本效率方法。但是，计划为长马操作计划的每项行动都是不切实际的，类似于每个肌肉运动的人类计划。相反，人类有效地计划具有高级技能来解决复杂的任务。从这种直觉中，我们提出了一个基于技能的RL框架（SKIMO），该框架能够使用技能动力学模型在技能空间中进行计划，该模型直接预测技能成果，而不是预测中级状态中的所有小细节，逐步。为了准确有效的长期计划，我们共同学习了先前经验的技能动力学模型和技能曲目。然后，我们利用学到的技能动力学模型准确模拟和计划技能空间中的长范围，这可以有效地学习长摩盛，稀疏的奖励任务。导航和操纵域中的实验结果表明，Skimo扩展了基于模型的方法的时间范围，并提高了基于模型的RL和基于技能的RL的样品效率。代码和视频可在\ url {https://clvrai.com/skimo}上找到

通过加强学习（RL）掌握机器人操纵技巧通常需要设计奖励功能。该地区的最新进展表明，使用稀疏奖励，即仅在成功完成任务时奖励代理，可能会导致更好的政策。但是，在这种情况下，国家行动空间探索更困难。最近的RL与稀疏奖励学习的方法已经为任务提供了高质量的人类演示，但这些可能是昂贵的，耗时甚至不可能获得的。在本文中，我们提出了一种不需要人类示范的新颖有效方法。我们观察到，每个机器人操纵任务都可以被视为涉及从被操纵对象的角度来看运动的任务，即，对象可以了解如何自己达到目标状态。为了利用这个想法，我们介绍了一个框架，最初使用现实物理模拟器获得对象运动策略。然后，此策略用于生成辅助奖励，称为模拟的机器人演示奖励（SLDRS），使我们能够学习机器人操纵策略。拟议的方法已在增加复杂性的13个任务中进行了评估，与替代算法相比，可以实现更高的成功率和更快的学习率。 SLDRS对多对象堆叠和非刚性物体操作等任务特别有益。

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。

Intrinsic motivation is a promising exploration technique for solving reinforcement learning tasks with sparse or absent extrinsic rewards. There exist two technical challenges in implementing intrinsic motivation: 1) how to design a proper intrinsic objective to facilitate efficient exploration; and 2) how to combine the intrinsic objective with the extrinsic objective to help find better solutions. In the current literature, the intrinsic objectives are all designed in a task-agnostic manner and combined with the extrinsic objective via simple addition (or used by itself for reward-free pre-training). In this work, we show that these designs would fail in typical sparse-reward continuous control tasks. To address the problem, we propose Constrained Intrinsic Motivation (CIM) to leverage readily attainable task priors to construct a constrained intrinsic objective, and at the same time, exploit the Lagrangian method to adaptively balance the intrinsic and extrinsic objectives via a simultaneous-maximization framework. We empirically show, on multiple sparse-reward continuous control tasks, that our CIM approach achieves greatly improved performance and sample efficiency over state-of-the-art methods. Moreover, the key techniques of our CIM can also be plugged into existing methods to boost their performances.

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。

深度强化学习（DRL）和深度多机构的强化学习（MARL）在包括游戏AI，自动驾驶汽车，机器人技术等各种领域取得了巨大的成功。但是，众所周知，DRL和Deep MARL代理的样本效率低下，即使对于相对简单的问题设置，通常也需要数百万个相互作用，从而阻止了在实地场景中的广泛应用和部署。背后的一个瓶颈挑战是众所周知的探索问题，即如何有效地探索环境和收集信息丰富的经验，从而使政策学习受益于最佳研究。在稀疏的奖励，吵闹的干扰，长距离和非平稳的共同学习者的复杂环境中，这个问题变得更加具有挑战性。在本文中，我们对单格和多代理RL的现有勘探方法进行了全面的调查。我们通过确定有效探索的几个关键挑战开始调查。除了上述两个主要分支外，我们还包括其他具有不同思想和技术的著名探索方法。除了算法分析外，我们还对一组常用基准的DRL进行了全面和统一的经验比较。根据我们的算法和实证研究，我们终于总结了DRL和Deep Marl中探索的公开问题，并指出了一些未来的方向。

增强学习（RL）研究领域非常活跃，并具有重要的新贡献；特别是考虑到深RL（DRL）的新兴领域。但是，仍然需要解决许多科学和技术挑战，其中我们可以提及抽象行动的能力或在稀疏回报环境中探索环境的难以通过内在动机（IM）来解决的。我们建议通过基于信息理论的新分类法调查这些研究工作：我们在计算上重新审视了惊喜，新颖性和技能学习的概念。这使我们能够确定方法的优势和缺点，并展示当前的研究前景。我们的分析表明，新颖性和惊喜可以帮助建立可转移技能的层次结构，从而进一步抽象环境并使勘探过程更加健壮。

通过加强学习（RL）解决机器人导航任务是由于其稀疏奖励和长决策范围自然而挑战。但是，在许多导航任务中，可以使用高级（HL）任务表示，如粗略楼层。以前的工作通过HL表示中的路径规划组成的层次方法和使用从计划导出的子目标来指导源任务中的RL策略的子目标来证明了高效的学习。然而，这些方法通常忽略计划期间机器人的复杂动态和子最优的子目标达到能力。通过提出利用用于HL代表的培训计划政策的新型分层框架，这项工作克服了这些限制。因此，可以利用收集的卷展数据来学习机器人能力和环境条件。我们专门以学习的转换模型（VI-RL）为基础介绍一个规划策略。在模拟机器人导航任务中，VI-RL对Vanilla RL的一致强烈改善，与单个布局的单个布局有关，但更广泛适用于多个布局，并且与停车处的可训练HL路径规划基准相提并论具有困难的非完全动态的任务，其中它显示了显着的改进。

从意外的外部扰动中恢复的能力是双模型运动的基本机动技能。有效的答复包括不仅可以恢复平衡并保持稳定性的能力，而且在平衡恢复物质不可行时，也可以保证安全的方式。对于与双式运动有关的机器人，例如人形机器人和辅助机器人设备，可帮助人类行走，设计能够提供这种稳定性和安全性的控制器可以防止机器人损坏或防止伤害相关的医疗费用。这是一个具有挑战性的任务，因为它涉及用触点产生高维，非线性和致动系统的高动态运动。尽管使用基于模型和优化方法的前进方面，但诸如广泛领域知识的要求，诸如较大的计算时间和有限的动态变化的鲁棒性仍然会使这个打开问题。在本文中，为了解决这些问题，我们开发基于学习的算法，能够为两种不同的机器人合成推送恢复控制政策：人形机器人和有助于双模型运动的辅助机器人设备。我们的工作可以分为两个密切相关的指示：1）学习人形机器人的安全下降和预防策略，2）使用机器人辅助装置学习人类的预防策略。为实现这一目标，我们介绍了一套深度加强学习（DRL）算法，以学习使用这些机器人时提高安全性的控制策略。

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。

Dealing with sparse rewards is one of the biggest challenges in Reinforcement Learning (RL). We present a novel technique called Hindsight Experience Replay which allows sample-efficient learning from rewards which are sparse and binary and therefore avoid the need for complicated reward engineering. It can be combined with an arbitrary off-policy RL algorithm and may be seen as a form of implicit curriculum. We demonstrate our approach on the task of manipulating objects with a robotic arm. In particular, we run experiments on three different tasks: pushing, sliding, and pick-and-place, in each case using only binary rewards indicating whether or not the task is completed. Our ablation studies show that Hindsight Experience Replay is a crucial ingredient which makes training possible in these challenging environments. We show that our policies trained on a physics simulation can be deployed on a physical robot and successfully complete the task. The video presenting our experiments is available at https://goo.gl/SMrQnI.

多目标增强学习被广泛应用于计划和机器人操纵中。多进球强化学习的两个主要挑战是稀疏的奖励和样本效率低下。 Hindsight Experience重播（她）旨在通过进球重新标记来应对这两个挑战。但是，与她相关的作品仍然需要数百万个样本和庞大的计算。在本文中，我们提出了多步事化经验重播（MHER），并根据$ n $ step Relabeling合并了多步重新标记的回报，以提高样品效率。尽管$ n $ step Relableling具有优势，但我们从理论上和实验上证明了$ n $ step Relabeling引入的非政策$ n $步骤偏置可能会导致许多环境的性能差。为了解决上述问题，提出了两种偏差降低的MHER算法，Mher（$ \ lambda $）和基于模型的Mher（Mmher）。 Mher（$ \ lambda $）利用$ \ lambda $返回，而Mmher从基于模型的价值扩展中受益。对众多多目标机器人任务的实验结果表明，我们的解决方案可以成功减轻$ n $ n $步骤的偏见，并获得比她的样本效率明显更高，并且课程引导她，而她几乎没有其他计算。

基于模型的强化学习中的世界模型通常会面临不切实际的长期预测问题，因为随着预测错误的积累，复杂的错误。图形结构化世界模型中的最新作品通过构建图表来表示环境，提高了长途推理能力，但它们是在目标条件的设置中设计的，无法指导代理在没有传统的强化学习环境中最大化情节回报外部给定目标状态。为了克服这一限制，我们通过构建基于指导的马尔可夫决策过程（MDP），在离线增强学习中设计了图形结构化的世界模型，并将分配给每个定向边缘的奖励作为原始连续环境的抽象。与原始环境相比，由于我们的世界模型具有较小且有限的状态/动作空间，因此可以在此处轻松地应用价值迭代来估计图表上的状态值并找出最佳未来。与以前需要外部提供目标的图形结构化世界模型不同，我们的世界模型（称为Value Memory图（VMG））可以单独提供具有较高值的​​所需目标。 VMG可用于指导低级目标条件政策，这些政策通过监督学习培训以最大化情节回报。 D4RL基准测试的实验表明，VMG可以在多种任务中胜过最先进的方法，在这些任务中，长时间的地平线推理能力至关重要。代码将公开可用。