元学习是机器学习的一个分支,它训练神经网络模型以合成各种数据,以快速解决新问题。在过程控制中,许多系统具有相似且充分理解的动力学,这表明可以通过元学习创建可推广的控制器是可行的。在这项工作中,我们制定了一种元加强学习(META-RL)控制策略,该策略可用于调整比例的整体控制器。我们的Meta-RL代理具有复发结构,该结构累积了“上下文”,以通过闭环中的隐藏状态变量学习系统的动力学。该体系结构使代理能够自动适应过程动力学的变化。在此处报告的测试中,对元RL代理完全离线训练了一阶和时间延迟系统,并从相同的训练过程动力学分布中得出的新型系统产生了出色的效果。一个关键的设计元素是能够在模拟环境中训练期间离线利用基于模型的信息,同时保持无模型的策略结构,以与真实过程动态不确定性的新过程进行交互。元学习是一种构建样品有效智能控制器的有前途的方法。
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元学习是机器学习的一个分支,旨在将相关任务分布的数据合成以有效地解决新的数据。在过程控制中,许多系统具有相似且充分理解的动力学,这表明可以通过元学习创建可推广的控制器是可行的。在这项工作中,我们制定了一种元加强学习(META-RL)控制策略,该策略利用已知的离线信息进行培训,例如模型结构。对模型参数的分布而不是单个模型,对元RL代理进行了训练,从而使代理能够自动适应过程动力学的变化,同时保持性能。一个关键的设计元素是能够在培训期间离线利用基于模型的信息,同时保持与新环境交互的无模型策略结构。我们以前的工作已经证明了如何将这种方法应用于调整比例综合控制器以控制一阶过程的与工业相关的问题。在这项工作中,我们简要地重新引入了我们的方法,并证明了如何将其扩展到比例综合衍生的控制器和二阶系统。
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深度加强学习(RL)是一种优化驱动的框架,用于生产一般动力系统的控制策略,而无明确依赖过程模型。仿真报告了良好的结果。在这里,我们展示了在真实物理系统上实现了艺术深度RL算法状态的挑战。方面包括软件与现有硬件之间的相互作用;实验设计和样品效率;培训受输入限制;和算法和控制法的解释性。在我们的方法中,我们的方法是使用PID控制器作为培训RL策略。除了简单性之外,这种方法还具有多种吸引力功能:无需将额外的硬件添加到控制系统中,因为PID控制器可以通过标准可编程逻辑控制器轻松实现;控制法可以在参数空间的“安全”区域中很容易初始化;最终产品 - 一个调整良好的PID控制器 - 有一种形式,从业者可以充分推理和部署。
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由于数据量增加,金融业的快速变化已经彻底改变了数据处理和数据分析的技术,并带来了新的理论和计算挑战。与古典随机控制理论和解决财务决策问题的其他分析方法相比,解决模型假设的财务决策问题,强化学习(RL)的新发展能够充分利用具有更少模型假设的大量财务数据并改善复杂的金融环境中的决策。该调查纸目的旨在审查最近的资金途径的发展和使用RL方法。我们介绍了马尔可夫决策过程,这是许多常用的RL方法的设置。然后引入各种算法,重点介绍不需要任何模型假设的基于价值和基于策略的方法。连接是用神经网络进行的,以扩展框架以包含深的RL算法。我们的调查通过讨论了这些RL算法在金融中各种决策问题中的应用,包括最佳执行,投资组合优化,期权定价和对冲,市场制作,智能订单路由和Robo-Awaring。
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Deep reinforcement learning is poised to revolutionise the field of AI and represents a step towards building autonomous systems with a higher level understanding of the visual world. Currently, deep learning is enabling reinforcement learning to scale to problems that were previously intractable, such as learning to play video games directly from pixels. Deep reinforcement learning algorithms are also applied to robotics, allowing control policies for robots to be learned directly from camera inputs in the real world. In this survey, we begin with an introduction to the general field of reinforcement learning, then progress to the main streams of value-based and policybased methods. Our survey will cover central algorithms in deep reinforcement learning, including the deep Q-network, trust region policy optimisation, and asynchronous advantage actor-critic. In parallel, we highlight the unique advantages of deep neural networks, focusing on visual understanding via reinforcement learning. To conclude, we describe several current areas of research within the field.
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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。
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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。
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过去半年来,从控制和强化学习社区的真实机器人部署的安全学习方法的贡献数量急剧上升。本文提供了一种简洁的但整体审查,对利用机器学习实现的最新进展,以实现在不确定因素下的安全决策,重点是统一控制理论和加固学习研究中使用的语言和框架。我们的评论包括:基于学习的控制方法,通过学习不确定的动态,加强学习方法,鼓励安全或坚固性的加固学习方法,以及可以正式证明学习控制政策安全的方法。随着基于数据和学习的机器人控制方法继续获得牵引力,研究人员必须了解何时以及如何最好地利用它们在安全势在必行的现实情景中,例如在靠近人类的情况下操作时。我们突出了一些开放的挑战,即将在未来几年推动机器人学习领域,并强调需要逼真的物理基准的基准,以便于控制和加固学习方法之间的公平比较。
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With the development of deep representation learning, the domain of reinforcement learning (RL) has become a powerful learning framework now capable of learning complex policies in high dimensional environments. This review summarises deep reinforcement learning (DRL) algorithms and provides a taxonomy of automated driving tasks where (D)RL methods have been employed, while addressing key computational challenges in real world deployment of autonomous driving agents. It also delineates adjacent domains such as behavior cloning, imitation learning, inverse reinforcement learning that are related but are not classical RL algorithms. The role of simulators in training agents, methods to validate, test and robustify existing solutions in RL are discussed.
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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。
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强化学习(RL)通过与环境相互作用的试验过程解决顺序决策问题。尽管RL在玩复杂的视频游戏方面取得了巨大的成功,但在现实世界中,犯错误总是不希望的。为了提高样本效率并从而降低错误,据信基于模型的增强学习(MBRL)是一个有前途的方向,它建立了环境模型,在该模型中可以进行反复试验,而无需实际成本。在这项调查中,我们对MBRL进行了审查,重点是Deep RL的最新进展。对于非壮观环境,学到的环境模型与真实环境之间始终存在概括性错误。因此,非常重要的是分析环境模型中的政策培训与实际环境中的差异,这反过来又指导了更好的模型学习,模型使用和政策培训的算法设计。此外,我们还讨论了其他形式的RL,包括离线RL,目标条件RL,多代理RL和Meta-RL的最新进展。此外,我们讨论了MBRL在现实世界任务中的适用性和优势。最后,我们通过讨论MBRL未来发展的前景来结束这项调查。我们认为,MBRL在被忽略的现实应用程序中具有巨大的潜力和优势,我们希望这项调查能够吸引更多关于MBRL的研究。
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在许多机器人和工业应用中,传统的线性控制策略已经广泛研究和使用,但它们不应响应系统的总动态,以避免对非线性控制等非线性控制方案的繁琐计算,加强学习的预测控制应用可以提供替代解决方案本文介绍了在移动自拍的深度确定性政策梯度和近端策略优化的情况下实现了RL控制的实现,在移动自拍伸直倒立摆片EWIP系统这样的RL模型使得找到满意控制方案的任务更容易,并在自我调整时有效地响应动态。在本文中提供更好控制的参数,两个RL基础控制器被针对MPC控制器捕获,以基于EWIP系统的状态变量进行评估,同时遵循特定的所需轨迹
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深入学习的强化学习(RL)的结合导致了一系列令人印象深刻的壮举,许多相信(深)RL提供了一般能力的代理。然而,RL代理商的成功往往对培训过程中的设计选择非常敏感,这可能需要繁琐和易于易于的手动调整。这使得利用RL对新问题充满挑战,同时也限制了其全部潜力。在许多其他机器学习领域,AutomL已经示出了可以自动化这样的设计选择,并且在应用于RL时也会产生有希望的初始结果。然而,自动化强化学习(AutorL)不仅涉及Automl的标准应用,而且还包括RL独特的额外挑战,其自然地产生了不同的方法。因此,Autorl已成为RL中的一个重要研究领域,提供来自RNA设计的各种应用中的承诺,以便玩游戏等游戏。鉴于RL中考虑的方法和环境的多样性,在不同的子领域进行了大部分研究,从Meta学习到进化。在这项调查中,我们寻求统一自动的领域,我们提供常见的分类法,详细讨论每个区域并对研究人员来说是一个兴趣的开放问题。
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深度强化学习(RL)导致了许多最近和开创性的进步。但是,这些进步通常以培训的基础体系结构的规模增加以及用于训练它们的RL算法的复杂性提高,而均以增加规模的成本。这些增长反过来又使研究人员更难迅速原型新想法或复制已发表的RL算法。为了解决这些问题,这项工作描述了ACME,这是一个用于构建新型RL算法的框架,这些框架是专门设计的,用于启用使用简单的模块化组件构建的代理,这些组件可以在各种执行范围内使用。尽管ACME的主要目标是为算法开发提供一个框架,但第二个目标是提供重要或最先进算法的简单参考实现。这些实现既是对我们的设计决策的验证,也是对RL研究中可重复性的重要贡献。在这项工作中,我们描述了ACME内部做出的主要设计决策,并提供了有关如何使用其组件来实施各种算法的进一步详细信息。我们的实验为许多常见和最先进的算法提供了基准,并显示了如何为更大且更复杂的环境扩展这些算法。这突出了ACME的主要优点之一,即它可用于实现大型,分布式的RL算法,这些算法可以以较大的尺度运行,同时仍保持该实现的固有可读性。这项工作提出了第二篇文章的版本,恰好与模块化的增加相吻合,对离线,模仿和从演示算法学习以及作为ACME的一部分实现的各种新代理。
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深度学习的兴起导致机器人研究中的范式转变,有利于需要大量数据的方法。在物理平台上生成这样的数据集是昂贵的。因此,最先进的方法在模拟中学习,其中数据生成快速以及廉价并随后将知识转移到真实机器人(SIM-to-Real)。尽管变得越来越真实,但所有模拟器都是基于模型的施工,因此不可避免地不完善。这提出了如何修改模拟器以促进学习机器人控制政策的问题,并克服模拟与现实之间的不匹配,通常称为“现实差距”。我们对机器人学的SIM-Teal研究提供了全面的审查,专注于名为“域随机化”的技术,这是一种从随机仿真学习的方法。
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有效推论是一种数学框架,它起源于计算神经科学,作为大脑如何实现动作,感知和学习的理论。最近,已被证明是在不确定性下存在国家估算和控制问题的有希望的方法,以及一般的机器人和人工代理人的目标驱动行为的基础。在这里,我们审查了最先进的理论和对国家估计,控制,规划和学习的积极推断的实现;描述当前的成就,特别关注机器人。我们展示了相关实验,以适应,泛化和稳健性而言说明其潜力。此外,我们将这种方法与其他框架联系起来,并讨论其预期的利益和挑战:使用变分贝叶斯推理具有功能生物合理性的统一框架。
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Collaborative autonomous multi-agent systems covering a specified area have many potential applications, such as UAV search and rescue, forest fire fighting, and real-time high-resolution monitoring. Traditional approaches for such coverage problems involve designing a model-based control policy based on sensor data. However, designing model-based controllers is challenging, and the state-of-the-art classical control policy still exhibits a large degree of suboptimality. In this paper, we present a reinforcement learning (RL) approach for the multi-agent coverage problem involving agents with second-order dynamics. Our approach is based on the Multi-Agent Proximal Policy Optimization Algorithm (MAPPO). To improve the stability of the learning-based policy and efficiency of exploration, we utilize an imitation loss based on the state-of-the-art classical control policy. Our trained policy significantly outperforms the state-of-the-art. Our proposed network architecture includes incorporation of self attention, which allows a single-shot domain transfer of the trained policy to a large variety of domain shapes and number of agents. We demonstrate our proposed method in a variety of simulated experiments.
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A long-standing challenge in artificial intelligence is lifelong learning. In lifelong learning, many tasks are presented in sequence and learners must efficiently transfer knowledge between tasks while avoiding catastrophic forgetting over long lifetimes. On these problems, policy reuse and other multi-policy reinforcement learning techniques can learn many tasks. However, they can generate many temporary or permanent policies, resulting in memory issues. Consequently, there is a need for lifetime-scalable methods that continually refine a policy library of a pre-defined size. This paper presents a first approach to lifetime-scalable policy reuse. To pre-select the number of policies, a notion of task capacity, the maximal number of tasks that a policy can accurately solve, is proposed. To evaluate lifetime policy reuse using this method, two state-of-the-art single-actor base-learners are compared: 1) a value-based reinforcement learner, Deep Q-Network (DQN) or Deep Recurrent Q-Network (DRQN); and 2) an actor-critic reinforcement learner, Proximal Policy Optimisation (PPO) with or without Long Short-Term Memory layer. By selecting the number of policies based on task capacity, D(R)QN achieves near-optimal performance with 6 policies in a 27-task MDP domain and 9 policies in an 18-task POMDP domain; with fewer policies, catastrophic forgetting and negative transfer are observed. Due to slow, monotonic improvement, PPO requires fewer policies, 1 policy for the 27-task domain and 4 policies for the 18-task domain, but it learns the tasks with lower accuracy than D(R)QN. These findings validate lifetime-scalable policy reuse and suggest using D(R)QN for larger and PPO for smaller library sizes.
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机器人和与世界相互作用或互动的机器人和智能系统越来越多地被用来自动化各种任务。这些系统完成这些任务的能力取决于构成机器人物理及其传感器物体的机械和电气部件,例如,感知算法感知环境,并计划和控制算法以生产和控制算法来生产和控制算法有意义的行动。因此,通常有必要在设计具体系统时考虑这些组件之间的相互作用。本文探讨了以端到端方式对机器人系统进行任务驱动的合作的工作,同时使用推理或控制算法直接优化了系统的物理组件以进行任务性能。我们首先考虑直接优化基于信标的本地化系统以达到本地化准确性的问题。设计这样的系统涉及将信标放置在整个环境中,并通过传感器读数推断位置。在我们的工作中,我们开发了一种深度学习方法,以直接优化信标的放置和位置推断以达到本地化精度。然后,我们将注意力转移到了由任务驱动的机器人及其控制器优化的相关问题上。在我们的工作中,我们首先提出基于多任务增强学习的数据有效算法。我们的方法通过利用能够在物理设计的空间上概括设计条件的控制器,有效地直接优化了物理设计和控制参数,以直接优化任务性能。然后,我们对此进行跟进,以允许对离散形态参数(例如四肢的数字和配置)进行优化。最后,我们通过探索优化的软机器人的制造和部署来得出结论。
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Machine learning frameworks such as Genetic Programming (GP) and Reinforcement Learning (RL) are gaining popularity in flow control. This work presents a comparative analysis of the two, bench-marking some of their most representative algorithms against global optimization techniques such as Bayesian Optimization (BO) and Lipschitz global optimization (LIPO). First, we review the general framework of the model-free control problem, bringing together all methods as black-box optimization problems. Then, we test the control algorithms on three test cases. These are (1) the stabilization of a nonlinear dynamical system featuring frequency cross-talk, (2) the wave cancellation from a Burgers' flow and (3) the drag reduction in a cylinder wake flow. We present a comprehensive comparison to illustrate their differences in exploration versus exploitation and their balance between `model capacity' in the control law definition versus `required complexity'. We believe that such a comparison paves the way toward the hybridization of the various methods, and we offer some perspective on their future development in the literature on flow control problems.
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