我们建议通过学习通过构思它预期看到的下一个观察来引导的代理来改善视觉导航的跨目标和跨场景概括。这是通过学习变分贝叶斯模型来实现的，称为Neonav，该模型产生了在试剂和目标视图的当前观察中的下一个预期观察（Neo）。我们的生成模式是通过优化包含两个关键设计的变分目标来了解。首先，潜在分布在当前观察和目标视图上进行调节，导致基于模型的目标驱动导航。其次，潜伏的空间用在当前观察和下一个最佳动作上的高斯的混合物建模。我们使用后医混合物的用途能够有效地减轻过正规化的潜在空间的问题，从而大大提高了新目标和新场景的模型概括。此外，Neo Generation模型代理环境交互的前向动态，从而提高了近似推断的质量，因此提高了数据效率。我们对现实世界和合成基准进行了广泛的评估，并表明我们的模型在成功率，数据效率和泛化方面始终如一地优于最先进的模型。

为了基于深度加强学习（RL）来增强目标驱动的视觉导航的交叉目标和跨场景，我们将信息理论正则化术语引入RL目标。正则化最大化导航动作与代理的视觉观察变换之间的互信息，从而促进更明智的导航决策。这样，代理通过学习变分生成模型来模拟动作观察动态。基于该模型，代理生成（想象）从其当前观察和导航目标的下一次观察。这样，代理学会了解导航操作与其观察变化之间的因果关系，这允许代理通过比较当前和想象的下一个观察来预测导航的下一个动作。 AI2-Thor框架上的交叉目标和跨场景评估表明，我们的方法在某些最先进的模型上获得了平均成功率的10美元。我们进一步评估了我们的模型在两个现实世界中：来自离散的活动视觉数据集（AVD）和带有TurtleBot的连续现实世界环境中的看不见的室内场景导航。我们证明我们的导航模型能够成功实现导航任务这些情景。视频和型号可以在补充材料中找到。

我们介绍了一个目标驱动的导航系统，以改善室内场景中的Fapless视觉导航。我们的方法在每次步骤中都将机器人和目标的多视图观察为输入，以提供将机器人移动到目标的一系列动作，而不依赖于运行时在运行时。通过优化包含三个关键设计的组合目标来了解该系统。首先，我们建议代理人在做出行动决定之前构建下一次观察。这是通过从专家演示中学习变分生成模块来实现的。然后，我们提出预测预先预测静态碰撞，作为辅助任务，以改善导航期间的安全性。此外，为了减轻终止动作预测的训练数据不平衡问题，我们还介绍了一个目标检查模块来区分与终止动作的增强导航策略。这三种建议的设计都有助于提高培训数据效率，静态冲突避免和导航泛化性能，从而产生了一种新颖的目标驱动的FLASES导航系统。通过对Turtlebot的实验，我们提供了证据表明我们的模型可以集成到机器人系统中并在现实世界中导航。视频和型号可以在补充材料中找到。

这项工作研究了图像目标导航问题，需要通过真正拥挤的环境引导具有嘈杂传感器和控制的机器人。最近的富有成效的方法依赖于深度加强学习，并学习模拟环境中的导航政策，这些环境比真实环境更简单。直接将这些训练有素的策略转移到真正的环境可能非常具有挑战性甚至危险。我们用由四个解耦模块组成的分层导航方法来解决这个问题。第一模块在机器人导航期间维护障碍物映射。第二个将定期预测实时地图上的长期目标。第三个计划碰撞命令集以导航到长期目标，而最终模块将机器人正确靠近目标图像。四个模块是单独开发的，以适应真实拥挤的情景中的图像目标导航。此外，分层分解对导航目标规划，碰撞避免和导航结束预测的学习进行了解耦，这在导航训练期间减少了搜索空间，并有助于改善以前看不见的真实场景的概括。我们通过移动机器人评估模拟器和现实世界中的方法。结果表明，我们的方法优于多种导航基线，可以在这些方案中成功实现导航任务。

在这项工作中，我们提出了一种用于图像目标导航的内存调格方法。早期的尝试，包括基于RL的基于RL的方法和基于SLAM的方法的概括性能差，或者在姿势/深度传感器上稳定稳定。我们的方法基于一个基于注意力的端到端模型，该模型利用情节记忆来学习导航。首先，我们以自我监督的方式训练一个国家安置的网络，然后将其嵌入以前访问的状态中的代理商的记忆中。我们的导航政策通过注意机制利用了此信息。我们通过广泛的评估来验证我们的方法，并表明我们的模型在具有挑战性的吉布森数据集上建立了新的最新技术。此外，与相关工作形成鲜明对比的是，我们仅凭RGB输入就实现了这种令人印象深刻的性能，而无需访问其他信息，例如位置或深度。

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。

Two less addressed issues of deep reinforcement learning are (1) lack of generalization capability to new target goals, and (2) data inefficiency i.e., the model requires several (and often costly) episodes of trial and error to converge, which makes it impractical to be applied to real-world scenarios. In this paper, we address these two issues and apply our model to the task of target-driven visual navigation. To address the first issue, we propose an actor-critic model whose policy is a function of the goal as well as the current state, which allows to better generalize. To address the second issue, we propose AI2-THOR framework, which provides an environment with highquality 3D scenes and physics engine. Our framework enables agents to take actions and interact with objects. Hence, we can collect a huge number of training samples efficiently.We show that our proposed method (1) converges faster than the state-of-the-art deep reinforcement learning methods, (2) generalizes across targets and across scenes, (3) generalizes to a real robot scenario with a small amount of fine-tuning (although the model is trained in simulation), ( 4) is end-to-end trainable and does not need feature engineering, feature matching between frames or 3D reconstruction of the environment.The supplementary video can be accessed at the following link: https://youtu.be/SmBxMDiOrvs.

Training effective embodied AI agents often involves manual reward engineering, expert imitation, specialized components such as maps, or leveraging additional sensors for depth and localization. Another approach is to use neural architectures alongside self-supervised objectives which encourage better representation learning. In practice, there are few guarantees that these self-supervised objectives encode task-relevant information. We propose the Scene Graph Contrastive (SGC) loss, which uses scene graphs as general-purpose, training-only, supervisory signals. The SGC loss does away with explicit graph decoding and instead uses contrastive learning to align an agent's representation with a rich graphical encoding of its environment. The SGC loss is generally applicable, simple to implement, and encourages representations that encode objects' semantics, relationships, and history. Using the SGC loss, we attain significant gains on three embodied tasks: Object Navigation, Multi-Object Navigation, and Arm Point Navigation. Finally, we present studies and analyses which demonstrate the ability of our trained representation to encode semantic cues about the environment.

安全是自主系统的关键组成部分，仍然是现实世界中要使用的基于学习的政策的挑战。特别是，由于不安全的行为，使用强化学习学习的政策通常无法推广到新的环境。在本文中，我们提出了SIM到LAB到实验室，以弥合现实差距，并提供概率保证的安全意见政策分配。为了提高安全性，我们采用双重政策设置，其中通过累积任务奖励对绩效政策进行培训，并通过根据汉密尔顿 - 雅各布（Hamilton-Jacobi）（HJ）达到可达性分析来培训备用（安全）政策。在SIM到LAB转移中，我们采用监督控制方案来掩盖探索过程中不安全的行动；在实验室到实验室的转移中，我们利用大约正确的（PAC） - 贝斯框架来提供有关在看不见环境中政策的预期性能和安全性的下限。此外，从HJ可达性分析继承，界限说明了每个环境中最坏情况安全性的期望。我们从经验上研究了两种类型的室内环境中的自我视频导航框架，具有不同程度的光真实性。我们还通过具有四足机器人的真实室内空间中的硬件实验来证明强大的概括性能。有关补充材料，请参见https://sites.google.com/princeton.edu/sim-to-lab-to-real。

对象目标导航的最新方法依赖于增强学习，通常需要大量的计算资源和学习时间。我们提出了使用无互动学习（PONI）的对象导航的潜在功能，这是一种模块化方法，可以散布“在哪里看？”的技能？对于对象和“如何导航到（x，y）？”。我们的主要见解是“在哪里看？”可以纯粹将其视为感知问题，而没有环境相互作用就可以学习。为了解决这个问题，我们提出了一个网络，该网络可以预测两个在语义图上的互补电位功能，并使用它们来决定在哪里寻找看不见的对象。我们使用在自上而下的语义图的被动数据集上使用受监督的学习来训练潜在的功能网络，并将其集成到模块化框架中以执行对象目标导航。 Gibson和MatterPort3D的实验表明，我们的方法可实现对象目标导航的最新方法，同时减少培训计算成本高达1,600倍。可以使用代码和预训练的模型：https：//vision.cs.utexas.edu/projects/poni/

有效的探索仍然是强化学习中有挑战性的问题，特别是对于来自环境的外在奖励稀疏甚至完全忽视的任务。基于内在动机的重要进展显示了在简单环境中的有希望的结果，但通常会在具有多式联运和随机动力学的环境中陷入困境。在这项工作中，我们提出了一种基于条件变分推理的变分动力模型来模拟多模和随机性。通过在当前状态，动作和潜在变量的条件下产生下一个状态预测，我们考虑作为条件生成过程的环境状态动作转换，这提供了更好地了解动态并在勘探中引发更好的性能。我们派生了环境过渡的负面日志可能性的上限，并使用这样一个上限作为勘探的内在奖励，这使得代理通过自我监督的探索来学习技能，而无需观察外在奖励。我们在基于图像的仿真任务和真正的机器人操纵任务中评估所提出的方法。我们的方法优于若干基于最先进的环境模型的勘探方法。

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。

Efficient ObjectGoal navigation (ObjectNav) in novel environments requires an understanding of the spatial and semantic regularities in environment layouts. In this work, we present a straightforward method for learning these regularities by predicting the locations of unobserved objects from incomplete semantic maps. Our method differs from previous prediction-based navigation methods, such as frontier potential prediction or egocentric map completion, by directly predicting unseen targets while leveraging the global context from all previously explored areas. Our prediction model is lightweight and can be trained in a supervised manner using a relatively small amount of passively collected data. Once trained, the model can be incorporated into a modular pipeline for ObjectNav without the need for any reinforcement learning. We validate the effectiveness of our method on the HM3D and MP3D ObjectNav datasets. We find that it achieves the state-of-the-art on both datasets, despite not using any additional data for training.

对象视觉导航旨在基于代理的视觉观察来转向目标对象。非常希望合理地感知环境并准确控制代理。在导航任务中，我们引入了一个以代理为中心的关系图（ACRG），用于基于环境中的关系学习视觉表示。 ACRG是一种高效且合理的结构，包括两个关系，即物体之间的关系以及代理与目标之间的关系。一方面，我们设计了存储物体之间的相对水平位置的对象水平关系图（OHRG）。请注意，垂直关系不涉及OHRG，我们认为OHRG适合控制策略。另一方面，我们提出了代理 - 目标深度关系图（ATDRG），使代理能够将距离视为目标的距离。为了实现ATDRG，我们利用图像深度来表示距离。鉴于上述关系，代理可以察觉到环境和输出导航操作。鉴于ACRG和位置编码的全局功能构造的可视表示，代理可以捕获目标位置以执行导航操作。人工环境中的实验结果AI2-Thor表明ACRG显着优于看不见的检测环境中的其他最先进的方法。

Planning has been very successful for control tasks with known environment dynamics. To leverage planning in unknown environments, the agent needs to learn the dynamics from interactions with the world. However, learning dynamics models that are accurate enough for planning has been a long-standing challenge, especially in image-based domains. We propose the Deep Planning Network (PlaNet), a purely model-based agent that learns the environment dynamics from images and chooses actions through fast online planning in latent space. To achieve high performance, the dynamics model must accurately predict the rewards ahead for multiple time steps. We approach this using a latent dynamics model with both deterministic and stochastic transition components. Moreover, we propose a multi-step variational inference objective that we name latent overshooting. Using only pixel observations, our agent solves continuous control tasks with contact dynamics, partial observability, and sparse rewards, which exceed the difficulty of tasks that were previously solved by planning with learned models. PlaNet uses substantially fewer episodes and reaches final performance close to and sometimes higher than strong model-free algorithms.

长摩根和包括一系列隐性子任务的日常任务仍然在离线机器人控制中构成了重大挑战。尽管许多先前的方法旨在通过模仿和离线增强学习的变体来解决这种设置，但学习的行为通常是狭窄的，并且经常努力实现可配置的长匹配目标。由于这两个范式都具有互补的优势和劣势，因此我们提出了一种新型的层次结构方法，结合了两种方法的优势，以从高维相机观察中学习任务无关的长胜压策略。具体而言，我们结合了一项低级政策，该政策通过模仿学习和从离线强化学习中学到的高级政策学习潜在的技能，以促进潜在的行为先验。各种模拟和真实机器人控制任务的实验表明，我们的配方使以前看不见的技能组合能够通过“缝制”潜在技能通过目标链条，并在绩效上提高绩效的顺序，从而实现潜在的目标。艺术基线。我们甚至还学习了一个多任务视觉运动策略，用于现实世界中25个不同的操纵任务，这既优于模仿学习和离线强化学习技术。

Object goal navigation (ObjectNav) in unseen environments is a fundamental task for Embodied AI. Agents in existing works learn ObjectNav policies based on 2D maps, scene graphs, or image sequences. Considering this task happens in 3D space, a 3D-aware agent can advance its ObjectNav capability via learning from fine-grained spatial information. However, leveraging 3D scene representation can be prohibitively unpractical for policy learning in this floor-level task, due to low sample efficiency and expensive computational cost. In this work, we propose a framework for the challenging 3D-aware ObjectNav based on two straightforward sub-policies. The two sub-polices, namely corner-guided exploration policy and category-aware identification policy, simultaneously perform by utilizing online fused 3D points as observation. Through extensive experiments, we show that this framework can dramatically improve the performance in ObjectNav through learning from 3D scene representation. Our framework achieves the best performance among all modular-based methods on the Matterport3D and Gibson datasets, while requiring (up to 30x) less computational cost for training.

尽管学习环境内部模型的强化学习（RL）方法具有比没有模型的对应物更有效的样本效率，但学会从高维传感器中建模原始观察结果可能具有挑战性。先前的工作通过通过辅助目标（例如重建或价值预测）学习观察值的低维表示来解决这一挑战。但是，这些辅助目标与RL目标之间的一致性通常不清楚。在这项工作中，我们提出了一个单一的目标，该目标共同优化了潜在空间模型和政策，以实现高回报，同时保持自洽。这个目标是预期收益的下限。与基于模型的RL在策略探索或模型保证方面的先前范围不同，我们的界限直接依靠整体RL目标。我们证明，所得算法匹配或改善了最佳基于模型和无模型的RL方法的样品效率。尽管这种有效的样品方法通常在计算上是要求的，但我们的方法在较小的壁式锁定时间降低了50 \％。

当前独立于域的经典计划者需要问题域和实例作为输入的符号模型，从而导致知识采集瓶颈。同时，尽管深度学习在许多领域都取得了重大成功，但知识是在与符号系统（例如计划者）不兼容的亚符号表示中编码的。我们提出了Latplan，这是一种无监督的建筑，结合了深度学习和经典计划。只有一组未标记的图像对，显示了环境中允许的过渡子集（训练输入），Latplan学习了环境的完整命题PDDL动作模型。稍后，当给出代表初始状态和目标状态（计划输入）的一对图像时，Latplan在符号潜在空间中找到了目标状态的计划，并返回可视化的计划执行。我们使用6个计划域的基于图像的版本来评估LATPLAN：8个插头，15个式嘴，Blockworld，Sokoban和两个LightsOut的变体。

视觉室内导航（VIN）任务已从数据驱动的机器学习社区中引起了人们的关注，尤其是在最近报告的基于学习方法的成功中。由于这项任务的先天复杂性，研究人员尝试从各种不同角度解决问题，其全部范围尚未在总体报告中捕获。这项调查首先总结了VIN任务的基于学习的方法的代表性工作，然后确定并讨论了阻碍VIN绩效的问题，并激发了值得探索社区的这些关键领域的未来研究。