在实际应用中，尽管这种知识对于确定反应性控制系统与环境的精确相互作用很重要，但我们很少可以完全观察到系统的环境。因此，我们提出了一种在部分可观察到的环境中进行加固学习方法（RL）。在假设环境的行为就像是可观察到的马尔可夫决策过程，但我们对其结构或过渡概率不了解。我们的方法将Q学习与IOALERGIA结合在一起，这是一种学习马尔可夫决策过程（MDP）的方法。通过从RL代理的发作中学习环境的MDP模型，我们可以在不明确的部分可观察到的域中启用RL，而没有明确的记忆，以跟踪以前的相互作用，以处理由部分可观察性引起的歧义。相反，我们通过模拟学习环境模型上的新体验以跟踪探索状态，以抽象环境状态的形式提供其他观察结果。在我们的评估中，我们报告了方法的有效性及其有希望的性能，与六种具有复发性神经网络和固定记忆的最先进的深度RL技术相比。

Safety is still one of the major research challenges in reinforcement learning (RL). In this paper, we address the problem of how to avoid safety violations of RL agents during exploration in probabilistic and partially unknown environments. Our approach combines automata learning for Markov Decision Processes (MDPs) and shield synthesis in an iterative approach. Initially, the MDP representing the environment is unknown. The agent starts exploring the environment and collects traces. From the collected traces, we passively learn MDPs that abstractly represent the safety-relevant aspects of the environment. Given a learned MDP and a safety specification, we construct a shield. For each state-action pair within a learned MDP, the shield computes exact probabilities on how likely it is that executing the action results in violating the specification from the current state within the next $k$ steps. After the shield is constructed, the shield is used during runtime and blocks any actions that induce a too large risk from the agent. The shielded agent continues to explore the environment and collects new data on the environment. Iteratively, we use the collected data to learn new MDPs with higher accuracy, resulting in turn in shields able to prevent more safety violations. We implemented our approach and present a detailed case study of a Q-learning agent exploring slippery Gridworlds. In our experiments, we show that as the agent explores more and more of the environment during training, the improved learned models lead to shields that are able to prevent many safety violations.

强化学习（RL）是人工智能中的核心问题。这个问题包括定义可以通过与环境交互学习最佳行为的人工代理 - 其中，在代理试图最大化的奖励信号的奖励信号中定义最佳行为。奖励机（RMS）提供了一种基于Automate的基于自动机的表示，该奖励功能使RL代理能够将RL问题分解为可以通过禁止策略学习有效地学习的结构化子问题。在这里，我们表明可以从经验中学习RMS，而不是由用户指定，并且可以使用所产生的问题分解来有效地解决部分可观察的RL问题。我们将学习RMS的任务作为离散优化问题构成，其中目标是找到将问题分解为一组子问题的RM，使得其最佳记忆策略的组合是原始问题的最佳策略。我们展示了这种方法在三个部分可观察的域中的有效性，在那里它显着优于A3C，PPO和宏碁，并讨论其优点，限制和更广泛的潜力。

马尔可夫决策过程通常用于不确定性下的顺序决策。然而，对于许多方面，从受约束或安全规范到任务和奖励结构中的各种时间（非Markovian）依赖性，需要扩展。为此，近年来，兴趣已经发展成为强化学习和时间逻辑的组合，即灵活的行为学习方法的组合，具有稳健的验证和保证。在本文中，我们描述了最近引入的常规决策过程的实验调查，该过程支持非马洛维亚奖励功能以及过渡职能。特别是，我们为常规决策过程，与在线，增量学习有关的算法扩展，对无模型和基于模型的解决方案算法的实证评估，以及以常规但非马尔维亚，网格世界的应用程序的算法扩展。

当环境稀疏和非马克维亚奖励时，使用标量奖励信号的训练加强学习（RL）代理通常是不可行的。此外，在训练之前对这些奖励功能进行手工制作很容易指定，尤其是当环境的动态仅部分知道时。本文提出了一条新型的管道，用于学习非马克维亚任务规格，作为简洁的有限状态“任务自动机”，从未知环境中的代理体验情节中。我们利用两种关键算法的见解。首先，我们通过将其视为部分可观察到的MDP并为隐藏的Markov模型使用现成的算法，从而学习了由规范的自动机和环境MDP组成的产品MDP，该模型是由规范的自动机和环境MDP组成的。其次，我们提出了一种从学习的产品MDP中提取任务自动机（假定为确定性有限自动机）的新方法。我们学到的任务自动机可以使任务分解为其组成子任务，从而提高了RL代理以后可以合成最佳策略的速率。它还提供了高级环境和任务功能的可解释编码，因此人可以轻松地验证代理商是否在没有错误的情况下学习了连贯的任务。此外，我们采取步骤确保学识渊博的自动机是环境不可静止的，使其非常适合用于转移学习。最后，我们提供实验结果，以说明我们在不同环境和任务中的算法的性能及其合并先前的领域知识以促进更有效学习的能力。

Besides the recent impressive results on reinforcement learning (RL), safety is still one of the major research challenges in RL. RL is a machine-learning approach to determine near-optimal policies in Markov decision processes (MDPs). In this paper, we consider the setting where the safety-relevant fragment of the MDP together with a temporal logic safety specification is given and many safety violations can be avoided by planning ahead a short time into the future. We propose an approach for online safety shielding of RL agents. During runtime, the shield analyses the safety of each available action. For any action, the shield computes the maximal probability to not violate the safety specification within the next $k$ steps when executing this action. Based on this probability and a given threshold, the shield decides whether to block an action from the agent. Existing offline shielding approaches compute exhaustively the safety of all state-action combinations ahead of time, resulting in huge computation times and large memory consumption. The intuition behind online shielding is to compute at runtime the set of all states that could be reached in the near future. For each of these states, the safety of all available actions is analysed and used for shielding as soon as one of the considered states is reached. Our approach is well suited for high-level planning problems where the time between decisions can be used for safety computations and it is sustainable for the agent to wait until these computations are finished. For our evaluation, we selected a 2-player version of the classical computer game SNAKE. The game represents a high-level planning problem that requires fast decisions and the multiplayer setting induces a large state space, which is computationally expensive to analyse exhaustively.

安全探索是强化学习（RL）的常见问题，旨在防止代理在探索环境时做出灾难性的决定。一个解决这个问题的方法家庭以这种环境的（部分）模型的形式假设域知识，以决定动作的安全性。所谓的盾牌迫使RL代理只选择安全的动作。但是，要在各种应用中采用，必须超越执行安全性，还必须确保RL的适用性良好。我们通过与最先进的深度RL的紧密整合扩展了盾牌的适用性，并在部分可观察性下提供了充满挑战的，稀疏的奖励环境中的广泛实证研究。我们表明，经过精心整合的盾牌可确保安全性，并可以提高RL代理的收敛速度和最终性能。我们此外表明，可以使用盾牌来引导最先进的RL代理：它们在屏蔽环境中初步学习后保持安全，从而使我们最终可以禁用潜在的过于保守的盾牌。

在这项工作中，我们提出了一种初步调查一种名为DYNA-T的新算法。在钢筋学习（RL）中，规划代理有自己的环境表示作为模型。要发现与环境互动的最佳政策，代理商会收集试验和错误时尚的经验。经验可用于学习更好的模型或直接改进价值函数和政策。通常是分离的，Dyna-Q是一种混合方法，在每次迭代，利用真实体验更新模型以及值函数，同时使用模拟数据从其模型中的应用程序进行行动。然而，规划过程是计算昂贵的并且强烈取决于国家行动空间的维度。我们建议在模拟体验上构建一个上置信树（UCT），并在在线学习过程中搜索要选择的最佳动作。我们证明了我们提出的方法对来自Open AI的三个测试平台环境的一系列初步测试的有效性。与Dyna-Q相比，Dyna-T通过选择更强大的动作选择策略来优于随机环境中的最先进的RL代理。

LCRL是一种软件工具，可在未知的马尔可夫决策过程（MDPS）上实现无模型增强学习（RL）算法，合成满足给定线性时间规范具有最大概率的策略。 LCRL利用被称为极限确定性Buchi Automata（LDBA）的部分确定性有限状态机器表达给定的线性时间规范。 RL算法的奖励函数是根据LDBA的结构即时塑造的。理论保证在适当的假设下确保RL算法与最大化满意度概率的最佳策略的收敛性。我们提出了案例研究，以证明LCRL的适用性，易用性，可伸缩性和性能。由于LDBA引导的探索和无LCRL模型架构，我们观察到了稳健的性能，与标准RL方法相比（每当适用于LTL规格）时，它也可以很好地缩放。有关如何执行本文所有案例研究的完整说明，请在lcrl分发www.github.com/grockious/lcrl的GitHub页面上提供。

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。

本文解决了以未知的马尔可夫决策过程（MDP）建模的移动机器人的学习控制策略的问题，该问题负责为时间逻辑任务，例如测序，覆盖或监视。 MDP捕获工作空间结构的不确定性和控制决策的结果。控制目标是合成一个控制策略，该策略最大化完成高级任务的可能性，该任务指定为线性时间逻辑（LTL）公式。为了解决这个问题，我们提出了一种针对LTL控制目标的新型基于模型的增强算法（RL）算法，该算法能够比相关方法更快地学习控制策略。它的样本效率依赖于偏见探索可能导致任务满意度的方向。这是通过利用LTL任务的自动机表示以及连续学习的MDP模型来完成的。最后，我们提供了比较实验，这些实验证明了针对LTL目标的最新RL方法的样本效率。

Deep Reinforcement Learning has yielded proficient controllers for complex tasks. However, these controllers have limited memory and rely on being able to perceive the complete game screen at each decision point. To address these shortcomings, this article investigates the effects of adding recurrency to a Deep Q-Network (DQN) by replacing the first post-convolutional fully-connected layer with a recurrent LSTM. The resulting Deep Recurrent Q-Network (DRQN), although capable of seeing only a single frame at each timestep, successfully integrates information through time and replicates DQN's performance on standard Atari games and partially observed equivalents featuring flickering game screens. Additionally, when trained with partial observations and evaluated with incrementally more complete observations, DRQN's performance scales as a function of observability. Conversely, when trained with full observations and evaluated with partial observations, DRQN's performance degrades less than DQN's. Thus, given the same length of history, recurrency is a viable alternative to stacking a history of frames in the DQN's input layer and while recurrency confers no systematic advantage when learning to play the game, the recurrent net can better adapt at evaluation time if the quality of observations changes.

在这项工作中，我们提出并评估了一种新的增强学习方法，紧凑体验重放（编者），它使用基于相似转换集的复发的预测目标值的时间差异学习，以及基于两个转换的经验重放的新方法记忆。我们的目标是减少在长期累计累计奖励的经纪人培训所需的经验。它与强化学习的相关性与少量观察结果有关，即它需要实现类似于文献中的相关方法获得的结果，这通常需要数百万视频框架来培训ATARI 2600游戏。我们举报了在八个挑战街机学习环境（ALE）挑战游戏中，为仅10万帧的培训试验和大约25,000次迭代的培训试验中报告了培训试验。我们还在与基线的同一游戏中具有相同的实验协议的DQN代理呈现结果。为了验证从较少数量的观察结果近似于良好的政策，我们还将其结果与从啤酒的基准上呈现的数百万帧中获得的结果进行比较。

强化学习（RL）在很大程度上依赖于探索以从环境中学习并最大程度地获得观察到的奖励。因此，必须设计一个奖励功能，以确保从收到的经验中获得最佳学习。以前的工作将自动机和基于逻辑的奖励成型与环境假设相结合，以提供自动机制，以根据任务综合奖励功能。但是，关于如何将基于逻辑的奖励塑造扩大到多代理增强学习（MARL）的工作有限。如果任务需要合作，则环境将需要考虑联合状态，以跟踪其他代理，从而遭受对代理数量的维度的诅咒。该项目探讨了如何针对不同场景和任务设计基于逻辑的奖励成型。我们提出了一种针对半偏心逻辑基于逻辑的MARL奖励成型的新方法，该方法在代理数量中是可扩展的，并在多种情况下对其进行了评估。

递归是有限地描述潜在无限物体的基本范例。由于最先进的强化学习（RL）算法无法直接推理递归，因此他们必须依靠从业者的创造力来设计适当的“平坦”环境代表。由此产生的手动特征结构和近似值繁琐且容易出错。他们缺乏透明度会阻碍可伸缩性。为了克服这些挑战，我们开发了能够在被描述为Markov决策过程集合（MDP）的环境中计算最佳策略的RL算法，这些算法可以递归调用。每个成分MDP的特征是几个进入点和出口点，与这些调用的输入和输出值相对应。这些递归的MDP（或RMDPS）与概率下降系统（呼叫堆栈扮演起作用堆栈的角色）相同，并且可以用递归程序性调用对概率程序进行建模。我们介绍了递归Q学习 - RMDPS的无模型RL算法 - 并证明它在轻度假设下会收敛于有限的，单位和确定性的多EXIT RMDP。

动物和人工代理商都受益于支持跨任务的快速学习的国家表示，使他们能够有效地遍历其环境以获得奖励状态。在固定政策下衡量预期累积，贴现国家占用的后续代表（SR），可以在否则的马尔可维亚环境中有效地转移到不同的奖励结构，并假设生物行为和神经活动的基础方面。然而，在现实世界中，奖励可能会移动或仅用于消费一次，可能只是将位置或者代理可以简单地旨在尽可能快地到达目标状态，而不会产生人工强加的任务视野的约束。在这种情况下，最具行为相关的代表将携带有关代理人可能首先达到兴趣国的信息的信息，而不是在可能的无限时间跨度访问它们的频率。为了反映此类需求，我们介绍了第一次占用代表（FR），该代表（FR），该代表（FR）衡量预期的时间折扣首次访问状态。我们证明FR有助于探索，选择有效的路径到所需状态，允许代理在某些条件下规划由一系列子板定义的可透明的最佳轨迹，并引起避免威胁刺激的动物类似的行为。

顺序决策的两种常见方法是AI计划（AIP）和强化学习（RL）。每个都有优点和缺点。 AIP是可解释的，易于与象征知识集成，并且通常是有效的，但需要前期逻辑域的规范，并且对噪声敏感； RL仅需要奖励的规范，并且对噪声是强大的，但效率低下，不容易提供外部知识。我们提出了一种综合方法，将高级计划与RL结合在一起，保留可解释性，转移和效率，同时允许对低级计划行动进行强有力的学习。我们的方法通过在AI计划问题的状态过渡模型与Markov决策过程（MDP）的抽象状态过渡系统（MDP）之间建立对应关系，从而定义了AIP操作员的分层增强学习（HRL）的选项。通过添加内在奖励来鼓励MDP和AIP过渡模型之间的一致性来学习选项。我们通过比较Minigrid和N房间环境中RL和HRL算法的性能来证明我们的综合方法的好处，从而显示了我们方法比现有方法的优势。

在加强学习算法中纳入先前知识主要是一个开放的问题。即使有关环境动态的见解，也可以在Tabula Rasa设置中使用加固学习，并且必须从头开始探索和学习所有内容。在本文中，我们考虑利用对动作序列等价的前沿的问题：即，当不同的行动序列产生相同的效果时。我们提出了一种新的本地探索策略，以最大限度地减少碰撞并最大限度地提高新的国家审视。我们表明，通过解决凸优化问题，可以几乎没有成本计算该策略。通过在DQN中取代通常的epsilon贪婪策略，我们在具有各种动态结构的若干环境中展示了其潜力。

加固学习在机器学习中推动了令人印象深刻的进步。同时，量子增强机学习算法使用量子退火的底层划伤。最近，已经提出了一种组合两个范例的多代理强化学习（MARL）架构。这种新的算法利用Q值近似的量子Boltzmann机器（QBMS）在收敛所需的时间步长方面具有优于常规的深度增强学习。但是，该算法仅限于单代理和小型2x2多代理网格域。在这项工作中，我们提出了对原始概念的延伸，以解决更具挑战性问题。类似于Classic DQN，我们添加了重播缓冲区的体验，并使用不同的网络来估计目标和策略值。实验结果表明，学习变得更加稳定，使代理能够在具有更高复杂性的网格域中找到最佳策略。此外，我们还评估参数共享如何影响多代理域中的代理行为。量子采样证明是一种有希望的加强学习任务的方法，但目前受到QPU尺寸的限制，因此通过输入和Boltzmann机器的大小。

在强化学习中，代理成功使用了以马尔可夫决策过程（MDP）建模的环境。但是，在许多问题域中，代理可能会遭受嘈杂的观察或随机时间，直到其随后的决定为止。尽管可观察到的马尔可夫决策过程（POMDP）已经处理了嘈杂的观察，但他们尚未处理未知的时间方面。当然，人们可以离散时间，但这导致了贝尔曼的维度诅咒。为了将连续的寄居时间分布纳入代理商的决策中，我们建议部分可观察到的半马尔可夫决策过程（POSMDP）在这方面有所帮助。我们扩展了\ citet {spaan2005a}基于随机点的值迭代（PBVI）\ textsc {perseus}算法，用于POMDP，通过结合连续的SOJOURN时间分布并使用重要性来减少求解器复杂性。我们称此新的PBVI算法为POSMDPS -\ textsc {ChronoSperSeus}，其重要性采样。这进一步允许通过将此信息移至pOMSDP的状态周时间来进行压缩的复杂POMDP，需要时间状态信息。第二个见解是，可以在单个备份中使用一组抽样的时间并通过其可能性加权。这有助于进一步降低算法复杂性。该求解器还针对情节性和非疾病问题。我们以两个示例结束了论文，一个情节的巴士问题和非剧烈的维护问题。