深度加强学习中的透明度和公平问题可能源于用于学习其政策，价值功能等的深度神经网络的黑匣子性质。本文提出了一种通过神经网络的自下而上设计来规避问题的方法（NN）具有详细的解释性，其中每个神经元或层具有自己的含义和实用程序，与人类理解的概念相对应。通过刻意设计，我们表明Lavaland可能使用NN模型解决了一些参数。此外，我们介绍了由反向奖励设计的自奖励设计（SRD），因此我们的可解释设计可以（1）通过纯设计解决问题（虽然不完美）（2）通过SRD（3）进行优化（3）进行避免通过识别在\（W_ {Unknown} \）中的激活聚合的神经元的灭活来识别神经元的灭活。

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。

在人类中，感知意识促进了来自感官输入的快速识别和提取信息。这种意识在很大程度上取决于人类代理人如何与环境相互作用。在这项工作中，我们提出了主动神经生成编码，用于学习动作驱动的生成模型的计算框架，而不会在动态环境中反正出错误（Backprop）。具体而言，我们开发了一种智能代理，即使具有稀疏奖励，也可以从规划的认知理论中汲取灵感。我们展示了我们框架与深度Q学习竞争力的几个简单的控制问题。我们的代理的强劲表现提供了有希望的证据，即神经推断和学习的无背方法可以推动目标定向行为。

背景信息：在过去几年中，机器学习（ML）一直是许多创新的核心。然而，包括在所谓的“安全关键”系统中，例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的，因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的：本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战，以及文献中提出的解决方案，以解决它们，回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统？'方法：我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述（SLR），涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题，被认为是ML认证的主要支柱：鲁棒性，不确定性，解释性，验证，安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题，并提取了提取的论文的总结。结果：单反结果突出了社区对该主题的热情，以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系，以加深域名研究。最后，它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性，这些主要柱主要主要研究。结论：我们强调了目前部署的努力，以实现ML基于ML的软件系统，并讨论了一些未来的研究方向。

虽然深增强学习已成为连续决策问题的有希望的机器学习方法，但对于自动驾驶或医疗应用等高利害域来说仍然不够成熟。在这种情况下，学习的政策需要例如可解释，因此可以在任何部署之前检查它（例如，出于安全性和验证原因）。本调查概述了各种方法，以实现加固学习（RL）的更高可解释性。为此，我们将解释性（作为模型的财产区分开来和解释性（作为HOC操作后的讲话，通过代理的干预），并在RL的背景下讨论它们，并强调前概念。特别是，我们认为可译文的RL可能会拥抱不同的刻面：可解释的投入，可解释（转型/奖励）模型和可解释的决策。根据该计划，我们总结和分析了与可解释的RL相关的最近工作，重点是过去10年来发表的论文。我们还简要讨论了一些相关的研究领域并指向一些潜在的有前途的研究方向。

Reinforcement Learning (RL) is a popular machine learning paradigm where intelligent agents interact with the environment to fulfill a long-term goal. Driven by the resurgence of deep learning, Deep RL (DRL) has witnessed great success over a wide spectrum of complex control tasks. Despite the encouraging results achieved, the deep neural network-based backbone is widely deemed as a black box that impedes practitioners to trust and employ trained agents in realistic scenarios where high security and reliability are essential. To alleviate this issue, a large volume of literature devoted to shedding light on the inner workings of the intelligent agents has been proposed, by constructing intrinsic interpretability or post-hoc explainability. In this survey, we provide a comprehensive review of existing works on eXplainable RL (XRL) and introduce a new taxonomy where prior works are clearly categorized into model-explaining, reward-explaining, state-explaining, and task-explaining methods. We also review and highlight RL methods that conversely leverage human knowledge to promote learning efficiency and performance of agents while this kind of method is often ignored in XRL field. Some challenges and opportunities in XRL are discussed. This survey intends to provide a high-level summarization of XRL and to motivate future research on more effective XRL solutions. Corresponding open source codes are collected and categorized at https://github.com/Plankson/awesome-explainable-reinforcement-learning.

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.

自2015年首次介绍以来，深入增强学习（DRL）方案的使用已大大增加。尽管在许多不同的应用中使用了使用，但他们仍然存在缺乏可解释性的问题。面包缺乏对研究人员和公众使用DRL解决方案的使用。为了解决这个问题，已经出现了可解释的人工智能（XAI）领域。这是各种不同的方法，它们希望打开DRL黑框，范围从使用可解释的符号决策树到诸如Shapley值之类的数值方法。这篇评论研究了使用哪些方法以及使用了哪些应用程序。这样做是为了确定哪些模型最适合每个应用程序，或者是否未充分利用方法。

本文介绍了置信度优化（CO）分数，以直接测量热插拔/显着图的贡献到模型的分类性能。可说明的人工智能（XAI）社区中使用的常见热映射生成方法通过我们称之为增强解释（AX）来测试。我们在这些热爱方法的CO分配中找到了一个惊人的\ Texit {Gap}。间隙可能用作深度神经网络（DNN）预测的正确性的新颖指标。我们进一步介绍了生成的AX（GAX）方法以产生能够获得高CO分数的显着图。使用迷人，我们也定性展示了DNN架构的不行性。

Current learning machines have successfully solved hard application problems, reaching high accuracy and displaying seemingly "intelligent" behavior. Here we apply recent techniques for explaining decisions of state-of-the-art learning machines and analyze various tasks from computer vision and arcade games. This showcases a spectrum of problem-solving behaviors ranging from naive and short-sighted, to wellinformed and strategic. We observe that standard performance evaluation metrics can be oblivious to distinguishing these diverse problem solving behaviors. Furthermore, we propose our semi-automated Spectral Relevance Analysis that provides a practically effective way of characterizing and validating the behavior of nonlinear learning machines. This helps to assess whether a learned model indeed delivers reliably for the problem that it was conceived for. Furthermore, our work intends to add a voice of caution to the ongoing excitement about machine intelligence and pledges to evaluate and judge some of these recent successes in a more nuanced manner.

本文提出了用于通用近似的两个自下而上的可解释的神经网络（NN）构造，即三角形构造的NN（TNN）和半量化激活NN（SQANN）。值得注意的属性是（1）对灾难性的遗忘（2）对训练数据集（3）对输入\（X \）的任意高精度的证明存在的存在，用户可以识别其激活“指纹”的培训数据的特定样本。类似于\（x \）的激活。用户还可以识别出不分发的样本。

Alphazero，Leela Chess Zero和Stockfish Nnue革新了计算机国际象棋。本书对此类引擎的技术内部工作进行了完整的介绍。该书分为四个主要章节 - 不包括第1章（简介）和第6章（结论）：第2章引入神经网络，涵盖了所有用于构建深层网络的基本构建块，例如Alphazero使用的网络。内容包括感知器，后传播和梯度下降，分类，回归，多层感知器，矢量化技术，卷积网络，挤压网络，挤压和激发网络，完全连接的网络，批处理归一化和横向归一化和跨性线性单位，残留层，剩余层，过度效果和底漆。第3章介绍了用于国际象棋发动机以及Alphazero使用的经典搜索技术。内容包括minimax，alpha-beta搜索和蒙特卡洛树搜索。第4章展示了现代国际象棋发动机的设计。除了开创性的Alphago，Alphago Zero和Alphazero我们涵盖Leela Chess Zero，Fat Fritz，Fat Fritz 2以及有效更新的神经网络（NNUE）以及MAIA。第5章是关于实施微型α。 Shexapawn是国际象棋的简约版本，被用作为此的示例。 Minimax搜索可以解决六ap峰，并产生了监督学习的培训位置。然后，作为比较，实施了类似Alphazero的训练回路，其中通过自我游戏进行训练与强化学习结合在一起。最后，比较了类似α的培训和监督培训。

我们分析了学习型号（如神经网络）本身是优化器时发生的学习优化的类型 - 我们将作为MESA优化的情况，我们在本文中介绍的新闻。我们认为，MESA优化的可能性为先进机器学习系统的安全和透明度提出了两个重要问题。首先，在什么情况下学习模型是优化的，包括当他们不应该？其次，当学习模型是优化器时，它的目标是什么 - 它将如何与损失函数不同，它训练的损失 - 并且如何对齐？在本文中，我们对这两个主要问题进行了深入的分析，并提供了未来研究的主题概述。

蒙特卡洛树搜索（MCT）是设计游戏机器人或解决顺序决策问题的强大方法。该方法依赖于平衡探索和开发的智能树搜索。MCT以模拟的形式进行随机抽样，并存储动作的统计数据，以在每个随后的迭代中做出更有教育的选择。然而，该方法已成为组合游戏的最新技术，但是，在更复杂的游戏（例如那些具有较高的分支因素或实时系列的游戏）以及各种实用领域（例如，运输，日程安排或安全性）有效的MCT应用程序通常需要其与问题有关的修改或与其他技术集成。这种特定领域的修改和混合方法是本调查的主要重点。最后一项主要的MCT调查已于2012年发布。自发布以来出现的贡献特别感兴趣。

最近的自主代理和机器人的应用，如自动驾驶汽车，情景的培训师，勘探机器人和服务机器人带来了关注与当前生成人工智能（AI）系统相关的至关重要的信任相关挑战。尽管取得了巨大的成功，基于连接主义深度学习神经网络方法的神经网络方法缺乏解释他们对他人的决策和行动的能力。没有符号解释能力，它们是黑色盒子，这使得他们的决定或行动不透明，这使得难以信任它们在安全关键的应用中。最近对AI系统解释性的立场目睹了可解释的人工智能（XAI）的几种方法;然而，大多数研究都专注于应用于计算科学中的数据驱动的XAI系统。解决越来越普遍的目标驱动器和机器人的研究仍然缺失。本文评论了可解释的目标驱动智能代理和机器人的方法，重点是解释和沟通代理人感知功能的技术（示例，感官和愿景）和认知推理（例如，信仰，欲望，意图，计划和目标）循环中的人类。审查强调了强调透明度，可辨与和持续学习以获得解释性的关键策略。最后，本文提出了解释性的要求，并提出了用于实现有效目标驱动可解释的代理和机器人的路线图。

在各个领域采用深度学习（DL）的行业和学术界都有日益增长的需求，以解决现实世界的问题。深度加强学习（DRL）是DL在加固学习领域（RL）的应用。与任何软件系统一样，由于其程序中的故障，DRL应用程序可能会失败。在本文中，我们介绍了第一次尝试在DRL程序中分类故障。我们手动分析了使用众所周知的DRL框架（Openai健身房，多巴胺，Keras-RL，TensoRForce）和开发人员/用户报告的错误开发的DRL程序的761个文物（来自Stack Overflow帖子和GitHub问题）。我们通过几轮讨论标记和分类为已识别的故障。使用与19名开发人员/研究人员的在线调查验证了产生的分类法。为了允许在DRL程序中自动检测故障，我们已经确定了DRL程序的元模型，并开发了DRLINTER，一种利用静态分析和图形转换的基于模型的故障检测方法。 DRLINTINT的执行流程在于解析DRL程序，以生成符合我们元模型的模型，并在模型上应用检测规则以识别故障出现。使用15种合成DRLPRAGIONS评估DRLINTER的有效性，其中我们在分析的分析伪影中观察到的故障。结果表明，Drlinter可以在所有合成错误程序中成功检测故障。

Starcraft II（SC2）对强化学习（RL）提出了巨大的挑战，其中主要困难包括巨大的状态空间，不同的动作空间和长期的视野。在这项工作中，我们研究了《星际争霸II》全长游戏的一系列RL技术。我们研究了涉及提取的宏观活动和神经网络的层次结构的层次RL方法。我们研究了课程转移培训程序，并在具有4个GPU和48个CPU线的单台计算机上训练代理。在64x64地图并使用限制性单元上，我们对内置AI的获胜率达到99％。通过课程转移学习算法和战斗模型的混合物，我们在最困难的非作战水平内置AI（7级）中获得了93％的胜利率。在本文的扩展版本中，我们改进了架构，以针对作弊水平训练代理商，并在8级，9级和10级AIS上达到胜利率，为96％，97％和94 ％， 分别。我们的代码在https://github.com/liuruoze/hiernet-sc2上。为了为我们的工作以及研究和开源社区提供基线，我们将其复制了一个缩放版本的Mini-Alphastar（MAS）。 MAS的最新版本为1.07，可以在具有564个动作的原始动作空间上进行培训。它旨在通过使超参数可调节来在单个普通机器上进行训练。然后，我们使用相同的资源将我们的工作与MAS进行比较，并表明我们的方法更有效。迷你α的代码在https://github.com/liuruoze/mini-alphastar上。我们希望我们的研究能够阐明对SC2和其他大型游戏有效增强学习的未来研究。

这是一门专门针对STEM学生开发的介绍性机器学习课程。我们的目标是为有兴趣的读者提供基础知识，以在自己的项目中使用机器学习，并将自己熟悉术语作为进一步阅读相关文献的基础。在这些讲义中，我们讨论受监督，无监督和强化学习。注释从没有神经网络的机器学习方法的说明开始，例如原理分析，T-SNE，聚类以及线性回归和线性分类器。我们继续介绍基本和先进的神经网络结构，例如密集的进料和常规神经网络，经常性的神经网络，受限的玻尔兹曼机器，（变性）自动编码器，生成的对抗性网络。讨论了潜在空间表示的解释性问题，并使用梦和对抗性攻击的例子。最后一部分致力于加强学习，我们在其中介绍了价值功能和政策学习的基本概念。

Curiosity for machine agents has been a focus of lively research activity. The study of human and animal curiosity, particularly specific curiosity, has unearthed several properties that would offer important benefits for machine learners, but that have not yet been well-explored in machine intelligence. In this work, we conduct a comprehensive, multidisciplinary survey of the field of animal and machine curiosity. As a principal contribution of this work, we use this survey as a foundation to introduce and define what we consider to be five of the most important properties of specific curiosity: 1) directedness towards inostensible referents, 2) cessation when satisfied, 3) voluntary exposure, 4) transience, and 5) coherent long-term learning. As a second main contribution of this work, we show how these properties may be implemented together in a proof-of-concept reinforcement learning agent: we demonstrate how the properties manifest in the behaviour of this agent in a simple non-episodic grid-world environment that includes curiosity-inducing locations and induced targets of curiosity. As we would hope, our example of a computational specific curiosity agent exhibits short-term directed behaviour while updating long-term preferences to adaptively seek out curiosity-inducing situations. This work, therefore, presents a landmark synthesis and translation of specific curiosity to the domain of machine learning and reinforcement learning and provides a novel view into how specific curiosity operates and in the future might be integrated into the behaviour of goal-seeking, decision-making computational agents in complex environments.

这本数字本书包含在物理模拟的背景下与深度学习相关的一切实际和全面的一切。尽可能多，所有主题都带有Jupyter笔记本的形式的动手代码示例，以便快速入门。除了标准的受监督学习的数据中，我们将看看物理丢失约束，更紧密耦合的学习算法，具有可微分的模拟，以及加强学习和不确定性建模。我们生活在令人兴奋的时期：这些方法具有从根本上改变计算机模拟可以实现的巨大潜力。