许多机器人任务由在高度复杂的环境中由许多时间相关的子任务组成。重要的是要通过审议时间抽象来有效地解决问题来发现情境意图和适当的行动。为了了解与不断变化的任务动态分离的意图，我们将基于授权的正则化技术扩展到基于生成对抗网络框架的多个任务的情况。在具有未知动态的多任务环境下，我们专注于从未标记的专家示例中学习奖励和政策。在这项研究中，我们将情境增强权定义为相互信息的最大信息，代表了在某个状态和子任务中如何影响未来的行动。我们提出的方法得出了情境相互信息的变异下限，以优化它。我们同时通过在目标函数中添加引起的术语来同时学习可转让的多任务奖励功能和策略。通过这样做，多任务奖励功能有助于学习对环境变化的强大政策。我们验证了我们在多任务学习和多任务转移学习方面的优势。我们证明我们提出的方法具有随机性和变化的任务动态的鲁棒性。最后，我们证明我们的方法的性能和数据效率明显优于各种基准上的现有模仿学习方法。

本文考虑了从专家演示中学习机器人运动和操纵任务。生成对抗性模仿学习（GAIL）训练一个区分专家与代理转换区分开的歧视者，进而使用歧视器输出定义的奖励来优化代理商的策略生成器。这种生成的对抗训练方法非常强大，但取决于歧视者和发电机培训之间的微妙平衡。在高维问题中，歧视训练可能很容易过度拟合或利用与任务 - 核定功能进行过渡分类的关联。这项工作的一个关键见解是，在合适的潜在任务空间中进行模仿学习使训练过程稳定，即使在挑战高维问题中也是如此。我们使用动作编码器模型来获得低维的潜在动作空间，并使用对抗性模仿学习（Lapal）训练潜在政策。可以从州行动对脱机来训练编码器模型，以获得任务无关的潜在动作表示或与歧视器和发电机培训同时在线获得，以获得任务意识到的潜在行动表示。我们证明了Lapal训练是稳定的，具有近乎单的性能的改进，并在大多数运动和操纵任务中实现了专家性能，而Gail基线收敛速度较慢，并且在高维环境中无法实现专家的表现。

代理商学习广泛适用和通用策略具有重要意义，可以实现包括图像和文本描述在内的各种目标。考虑到这类感知的目标，深度加强学习研究的前沿是学习一个没有手工制作奖励的目标条件政策。要了解这种政策，最近的作品通常会像奖励到明确的嵌入空间中的给定目标的非参数距离。从不同的观点来看，我们提出了一种新的无监督学习方法，名为目标条件政策，具有内在动机（GPIM），共同学习抽象级别政策和目标条件的政策。摘要级别策略在潜在变量上被调节，以优化鉴别器，并发现进一步的不同状态，进一步呈现为目标条件策略的感知特定目标。学习鉴别者作为目标条件策略的内在奖励功能，以模仿抽象级别政策引起的轨迹。各种机器人任务的实验证明了我们所提出的GPIM方法的有效性和效率，其基本上优于现有技术。

需要大量人类努力和迭代的奖励功能规范仍然是通过深入的强化学习来学习行为的主要障碍。相比之下，提供所需行为的视觉演示通常会提供一种更简单，更自然的教师的方式。我们考虑为代理提供了一个固定的视觉演示数据集，说明了如何执行任务，并且必须学习使用提供的演示和无监督的环境交互来解决任务。此设置提出了许多挑战，包括对视觉观察的表示，由于缺乏固定的奖励或学习信号而导致的，由于高维空间而引起的样本复杂性以及学习不稳定。为了解决这些挑战，我们开发了一种基于变异模型的对抗模仿学习（V-Mail）算法。基于模型的方法为表示学习，实现样本效率并通过实现派利学习来提高对抗性训练的稳定性提供了强烈的信号。通过涉及几种基于视觉的运动和操纵任务的实验，我们发现V-Mail以样本有效的方式学习了成功的视觉运动策略，与先前的工作相比，稳定性更高，并且还可以实现较高的渐近性能。我们进一步发现，通过传输学习模型，V-Mail可以从视觉演示中学习新任务，而无需任何其他环境交互。所有结果在内的所有结果都可以在\ url {https://sites.google.com/view/variational-mail}在线找到。

生成的对抗性模仿学习（GAIL）可以学习政策，而无需明确定义示威活动的奖励功能。盖尔有可能学习具有高维观测值的政策，例如图像。通过将Gail应用于真正的机器人，也许可以为清洗，折叠衣服，烹饪和清洁等日常活动获得机器人政策。但是，由于错误，人类示范数据通常是不完美的，这会降低由此产生的政策的表现。我们通过关注以下功能来解决此问题：1）许多机器人任务是目标任务，而2）在演示数据中标记此类目标状态相对容易。考虑到这些，本文提出了目标感知的生成对抗性模仿学习（GA-GAIL），该学习通过引入第二个歧视者来训练政策，以与指示演示数据的第一个歧视者并行区分目标状态。这扩展了一个标准的盖尔框架，即使通过促进实现目标状态的目标状态歧视者，甚至可以从不完美的演示中学习理想的政策。此外，GA-GAIL采用熵最大化的深层P-NETWORK（EDPN）作为发电机，该发电机考虑了策略更新中的平滑度和因果熵，以从两个歧视者中获得稳定的政策学习。我们提出的方法成功地应用于两项真正的布料操作任务：将手帕翻过来折叠衣服。我们确认它在没有特定特定任务奖励功能设计的情况下学习了布料操作政策。实际实验的视频可在https://youtu.be/h_nii2ooure上获得。

在本文中，我们提出了一个健壮的模仿学习（IL）框架，该框架在扰动环境动态时改善了IL的稳健性。在单个环境中训练的现有IL框架可能会因环境动力学的扰动而灾难性地失败，因为它无法捕获可以更改潜在环境动态的情况。我们的框架有效地处理了具有不同动态的环境，通过模仿了采样环境动力学中的多个专家，以增强环境动力学的一般变化中的鲁棒性。为了强力模仿多个样本专家，我们将代理商政策与每个样本专家之间的Jensen-Shannon分歧降低了风险。数值结果表明，与常规IL基准相比，我们的算法显着提高了针对动力学扰动的鲁棒性。

Adversarial imitation learning (AIL) has become a popular alternative to supervised imitation learning that reduces the distribution shift suffered by the latter. However, AIL requires effective exploration during an online reinforcement learning phase. In this work, we show that the standard, naive approach to exploration can manifest as a suboptimal local maximum if a policy learned with AIL sufficiently matches the expert distribution without fully learning the desired task. This can be particularly catastrophic for manipulation tasks, where the difference between an expert and a non-expert state-action pair is often subtle. We present Learning from Guided Play (LfGP), a framework in which we leverage expert demonstrations of multiple exploratory, auxiliary tasks in addition to a main task. The addition of these auxiliary tasks forces the agent to explore states and actions that standard AIL may learn to ignore. Additionally, this particular formulation allows for the reusability of expert data between main tasks. Our experimental results in a challenging multitask robotic manipulation domain indicate that LfGP significantly outperforms both AIL and behaviour cloning, while also being more expert sample efficient than these baselines. To explain this performance gap, we provide further analysis of a toy problem that highlights the coupling between a local maximum and poor exploration, and also visualize the differences between the learned models from AIL and LfGP.

仿制学习（IL）是一个框架，了解从示范中模仿专家行为。最近，IL显示了高维和控制任务的有希望的结果。然而，IL通常遭受环境互动方面的样本低效率，这严重限制了它们对模拟域的应用。在工业应用中，学习者通常具有高的相互作用成本，与环境的互动越多，对环境的损害越多，学习者本身就越多。在本文中，我们努力通过引入逆钢筋学习的新颖方案来提高样本效率。我们的方法，我们调用\ texit {model redion函数基础的模仿学习}（mrfil），使用一个集合动态模型作为奖励功能，是通过专家演示培训的内容。关键的想法是通过在符合专家示范分布时提供积极奖励，为代理商提供与漫长地平线相匹配的演示。此外，我们展示了新客观函数的收敛保证。实验结果表明，与IL方法相比，我们的算法达到了竞争性能，并显着降低了环境交互。

本文解决了逆增强学习（IRL）的问题 - 从观察其行为中推断出代理的奖励功能。 IRL可以为学徒学习提供可概括和紧凑的代表，并能够准确推断人的偏好以帮助他们。 ％并提供更准确的预测。但是，有效的IRL具有挑战性，因为许多奖励功能可以与观察到的行为兼容。我们专注于如何利用先前的强化学习（RL）经验，以使学习这些偏好更快，更高效。我们提出了IRL算法基础（通过样本中的连续功能意图推断行为获取行为），该算法利用多任务RL预培训和后继功能，使代理商可以为跨越可能的目标建立强大的基础，从而跨越可能的目标。给定的域。当仅接触一些专家演示以优化新颖目标时，代理商会使用其基础快速有效地推断奖励功能。我们的实验表明，我们的方法非常有效地推断和优化显示出奖励功能，从而准确地从少于100个轨迹中推断出奖励功能。

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。

Standard imitation learning can fail when the expert demonstrators have different sensory inputs than the imitating agent. This is because partial observability gives rise to hidden confounders in the causal graph. We break down the space of confounded imitation learning problems and identify three settings with different data requirements in which the correct imitation policy can be identified. We then introduce an algorithm for deconfounded imitation learning, which trains an inference model jointly with a latent-conditional policy. At test time, the agent alternates between updating its belief over the latent and acting under the belief. We show in theory and practice that this algorithm converges to the correct interventional policy, solves the confounding issue, and can under certain assumptions achieve an asymptotically optimal imitation performance.

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。

在许多顺序决策问题（例如，机器人控制，游戏播放，顺序预测），人类或专家数据可用包含有关任务的有用信息。然而，来自少量专家数据的模仿学习（IL）可能在具有复杂动态的高维环境中具有挑战性。行为克隆是一种简单的方法，由于其简单的实现和稳定的收敛而被广泛使用，但不利用涉及环境动态的任何信息。由于对奖励和政策近似器或偏差，高方差梯度估计器，难以在实践中难以在实践中努力训练的许多现有方法。我们介绍了一种用于动态感知IL的方法，它通过学习单个Q函数来避免对抗训练，隐含地代表奖励和策略。在标准基准测试中，隐式学习的奖励显示与地面真实奖励的高正面相关性，说明我们的方法也可以用于逆钢筋学习（IRL）。我们的方法，逆软Q学习（IQ-Learn）获得了最先进的结果，在离线和在线模仿学习设置中，显着优于现有的现有方法，这些方法都在所需的环境交互和高维空间中的可扩展性中，通常超过3倍。

仅国家模仿学习的最新进展将模仿学习的适用性扩展到现实世界中的范围，从而减轻了观察专家行动的需求。但是，现有的解决方案只学会从数据中提取州对行动映射策略，而无需考虑专家如何计划到目标。这阻碍了利用示威游行并限制政策的灵活性的能力。在本文中，我们介绍了解耦政策优化（DEPO），该策略优化（DEPO）明确将策略脱离为高级状态计划者和逆动力学模型。借助嵌入式的脱钩策略梯度和生成对抗训练，DEPO可以将知识转移到不同的动作空间或状态过渡动态，并可以将规划师推广到无示威的状态区域。我们的深入实验分析表明，DEPO在学习最佳模仿性能的同时学习通用目标状态计划者的有效性。我们证明了DEPO通过预训练跨任务转移的吸引力，以及与各种技能共同培训的潜力。

最新专为加强学习任务而设计的算法着重于找到一个最佳解决方案。但是，在许多实际应用中，重要的是开发具有多种策略的合理代理商。在本文中，我们提出了多样性引导的政策优化（DGPO），这是一个在同一任务中发现多种策略的政策框架。我们的算法使用多样性目标来指导潜在的条件政策，以在单个培训程序中学习一系列不同的策略。具体而言，我们将算法形式化为多样性受限的优化问题和外部奖励约束优化问题的组合。我们将约束优化作为概率推理任务解决，并使用策略迭代来最大化派生的下限。实验结果表明，我们的方法有效地在各种强化学习任务中找到了各种策略。我们进一步表明，与其他基线相比，DGPO达到了更高的多样性评分，并且具有相似的样品复杂性和性能。

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。

模仿学习研究社区最近取得了重大进展，以使人工代理人仅凭视频演示模仿行为。然而，由于视频观察的高维质性质，针对此问题开发的当前最新方法表现出很高的样本复杂性。为了解决这个问题，我们在这里介绍了一种新的算法，称为使用状态观察者VGAIFO-SO从观察中获得的，称为视觉生成对抗性模仿。 Vgaifo-So以此为核心，试图使用一种新型的自我监管的状态观察者来解决样本效率低下，该观察者从高维图像中提供了较低维度的本体感受状态表示的估计。我们在几个连续的控制环境中进行了实验表明，Vgaifo-SO比其他IFO算法更有效地从仅视频演示中学习，有时甚至可以实现与观察（Gaifo）算法的生成对抗性模仿（Gaifo）算法的性能，该算法有特权访问访问权限示威者的本体感知状态信息。

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。

从演示中学习的方法（LFD）通过模仿用户表现出在获取行为策略方面的成功。但是，即使对于一项任务，LFD也可能需要大量的演示。对于必须通过演示学习许多任务的多功能代理，如果孤立地学习每个任务，此过程将大大负担用户的负担。为了应对这一挑战，我们介绍了从演示中学习的新颖问题，该问题使代理商能够不断地基于从先前演示的任务中学到的知识，以加速学习新任务，从而减少所需的示范量。作为解决这个问题的一种解决方案，我们提出了第一种终身学习方法来进行逆强化学习，该方法通过演示学习连续的任务，不断地在任务之间转移知识以提高绩效。

有效的探索仍然是一个重要的挑战，这可以防止为许多物理系统部署加强学习。对于具有连续和高维状态和动作空间的系统尤其如此，例如机器人操纵器。挑战在稀疏奖励环境中强调，其中设计密集奖励设计所需的低级状态信息不可用。对手仿制学习（AIL）可以通过利用专家生成的最佳行为和基本上提供替代奖励信息的替代来部分克服这一屏障。不幸的是，专家示范的可用性并不一定能够改善代理商有效探索的能力，并且正如我们经常展现所在，可以导致效率低或停滞不前。我们从引导播放（LFGP）中展示了一个框架，其中我们利用了专家演示，除了主要任务，多个辅助任务。随后，使用修改的AIL过程来使用分层模型来学习每个任务奖励和策略，其中通过组合不同任务的调度程序强制对所有任务的探索。这提供了许多好处：具有挑战瓶颈转换的主要任务的学习效率得到改善，专家数据在任务之间可重复使用，并且通过重用学习辅助任务模型的传输学习成为可能。我们在一个具有挑战性的多任务机器人操纵域中的实验结果表明我们的方法有利地对监督模仿学习和最先进的AIL方法进行比较。代码可在https://github.com/utiasstars/lfgp获得。