这项工作探讨了如何从具有深度加强学习方法的基于图像的观测中学习鲁棒和最广泛的状态表示。解决了在现有的Bisimulation度量工作中的计算复杂性，严格假设和表示崩溃挑战，我们设计了简单的状态表示（SIMSR）运算符，该操作员实现了等效功能，同时通过与Bisimulation度量进行比较来降低顺序的复杂性。SIMSR使我们能够设计一种基于随机逼近的方法，该方法几乎可以从观察到潜在表示空间的观察中学习映射函数（编码器）。除了理论分析外，我们在Visual Mujoco任务中尝试并与最近的最先进解决方案进行了实验。结果表明，我们的模型通常达到更好的性能，具有更好的鲁棒性和良好的概率。

How to learn an effective reinforcement learning-based model for control tasks from high-level visual observations is a practical and challenging problem. A key to solving this problem is to learn low-dimensional state representations from observations, from which an effective policy can be learned. In order to boost the learning of state encoding, recent works are focused on capturing behavioral similarities between state representations or applying data augmentation on visual observations. In this paper, we propose a novel meta-learner-based framework for representation learning regarding behavioral similarities for reinforcement learning. Specifically, our framework encodes the high-dimensional observations into two decomposed embeddings regarding reward and dynamics in a Markov Decision Process (MDP). A pair of meta-learners are developed, one of which quantifies the reward similarity and the other quantifies dynamics similarity over the correspondingly decomposed embeddings. The meta-learners are self-learned to update the state embeddings by approximating two disjoint terms in on-policy bisimulation metric. To incorporate the reward and dynamics terms, we further develop a strategy to adaptively balance their impacts based on different tasks or environments. We empirically demonstrate that our proposed framework outperforms state-of-the-art baselines on several benchmarks, including conventional DM Control Suite, Distracting DM Control Suite and a self-driving task CARLA.

我们在马尔可夫决策过程的状态空间上提出了一种新的行为距离，并展示使用该距离作为塑造深度加强学习代理的学习言论的有效手段。虽然由于高计算成本和基于样本的算法缺乏缺乏样本的距离，但是，虽然现有的国家相似性通常难以在规模上学习，但我们的新距离解决了这两个问题。除了提供详细的理论分析外，我们还提供了学习该距离的经验证据，与价值函数产生的结构化和信息化表示，包括对街机学习环境基准的强劲结果。

在许多增强学习（RL）应用中，观察空间由人类开发人员指定并受到物理实现的限制，因此可能会随时间的巨大变化（例如，观察特征的数量增加）。然而，当观察空间发生变化时，前一项策略可能由于输入特征不匹配而失败，并且另一个策略必须从头开始培训，这在计算和采样复杂性方面效率低。在理论上见解之后，我们提出了一种新颖的算法，该算法提取源任务中的潜在空间动态，并将动态模型传送到目标任务用作基于模型的常规程序。我们的算法适用于观察空间的彻底变化（例如，从向量的基于矢量的观察到图像的观察），没有任何任务映射或目标任务的任何先前知识。实证结果表明，我们的算法显着提高了目标任务中学习的效率和稳定性。

具有相同任务的不同环境的概括对于在实际场景中成功应用视觉增强学习（RL）至关重要。然而，从高维观察中，视觉干扰（在真实场景中很常见）可能会对视觉RL中学习的表示形式有害，从而降低概括的性能。为了解决这个问题，我们提出了一种新颖的方法，即特征奖励序列预测（Cresp），以通过学习奖励序列分布（RSD）提取与任务相关的信息，因为奖励信号在RL中与任务相关，并且不变为Visual分心。具体而言，要通过RSD有效捕获与任务相关的信息，Cresp引入了一个辅助任务（即预测RSD的特征功能），以学习与任务相关的表示，因为我们可以很好地通过利用高维分布来实现高维分布相应的特征函数。实验表明，Cresp显着提高了在看不见的环境上的概括性能，在具有不同视觉分散注意力的DeepMind Control任务上表现优于几个最新的。

深度强化学习（DRL）代理通常对在训练环境中看不见的视觉变化敏感。为了解决此问题，我们利用RL的顺序性质来学习可靠的表示，这些表示仅根据无监督的多视图设置编码与任务相关的信息。具体而言，我们引入了时间数据的多视图信息瓶颈（MIB）目标的新颖对比版本。我们以这个辅助目标来训练RL代理，以学习可以压缩任务 - 无关的信息并预测与任务相关的动态的强大表示形式。这种方法使我们能够训练具有强大的视觉分散注意力的高性能政策，并且可以很好地推广到看不见的环境。我们证明，当背景被自然视频替换时，我们的方法可以在DeepMind Control Suite的各种视觉控制任务上实现SOTA性能。此外，我们表明我们的方法优于公认的基准，用于概括在Procgen基准上看不见的环境。我们的代码是开源的，可在https：// github上找到。 com/bu依赖-lab/dribo。

我们建议通过Retracing学习，一种用于学习强化学习任务的国家代表性（和相关动态模型）的新型自我监督方法。除了前进方向的预测（重建）监督外，我们建议包括使用原始和撤回状态之间的循环一致性约束来包括“回归”转换，从而提高样本效率学习。此外，通过Retracing学习的学习明确地传播关于后向后转换的信息，以推断先前的状态，从而有助于更强的表示学习。我们介绍了周期一致性的世界模型（CCWM），通过在现有的基于模型的加强学习框架下实现的雷则来学习的具体实例化。此外，我们提出了一种新的自适应“截断”机制，用于抵消“不可逆转”过渡所带来的负面影响，使得通过回程学习可以最大效果。通过对连续控制基准的广泛实证研究，我们表明CCWM在样品效率和渐近性能方面实现了最先进的性能。

当相互作用数据稀缺时，深厚的增强学习（RL）算法遭受了严重的性能下降，这限制了其现实世界的应用。最近，视觉表示学习已被证明是有效的，并且有望提高RL样品效率。这些方法通常依靠对比度学习和数据扩展来训练状态预测的过渡模型，这与在RL中使用模型的方式不同 - 基于价值的计划。因此，学到的模型可能无法与环境保持良好状态并产生一致的价值预测，尤其是当国家过渡不是确定性的情况下。为了解决这个问题，我们提出了一种称为价值一致表示学习（VCR）的新颖方法，以学习与决策直接相关的表示形式。更具体地说，VCR训练一个模型，以预测基于当前的状态（也称为“想象的状态”）和一系列动作。 VCR没有将这个想象中的状态与环境返回的真实状态保持一致，而是在两个状态上应用$ q $ - 价值头，并获得了两个行动值分布。然后将距离计算并最小化以迫使想象的状态产生与真实状态相似的动作值预测。我们为离散和连续的动作空间开发了上述想法的两个实现。我们对Atari 100K和DeepMind Control Suite基准测试进行实验，以验证其提高样品效率的有效性。已经证明，我们的方法实现了无搜索RL算法的新最新性能。

抽象已被广泛研究，以提高增强学习算法的效率和概括。在本文中，我们研究了连续控制环境中的抽象。我们将MDP同态的定义扩展到连续状态空间中的连续作用。我们在抽象MDP上得出了策略梯度定理，这使我们能够利用环境的近似对称性进行策略优化。基于该定理，我们提出了一种能够使用Lax Bisimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation Mimulation。我们证明了我们方法对DeepMind Control Suite中基准任务的有效性。我们的方法利用MDP同态来表示学习的能力会导致从像素观测中学习时的性能。

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。

我们研究离线元加强学习，这是一种实用的强化学习范式，从离线数据中学习以适应新任务。离线数据的分布由行为政策和任务共同确定。现有的离线元强化学习算法无法区分这些因素，从而使任务表示不稳定，不稳定行为策略。为了解决这个问题，我们为任务表示形式提出了一个对比度学习框架，这些框架对培训和测试中行为策略的分布不匹配是可靠的。我们设计了双层编码器结构，使用相互信息最大化来形式化任务表示学习，得出对比度学习目标，并引入了几种方法以近似负面对的真实分布。对各种离线元强化学习基准的实验证明了我们方法比先前方法的优势，尤其是在对分布外行为策略的概括方面。该代码可在https://github.com/pku-ai-ged/corro中找到。

基于像素的控制的学习表示，最近在加固学习中获得了重大关注。已经提出了广泛的方法来实现高效学习，导致类似于完整状态设置中的复杂性。然而，超越仔细策划的像素数据集（以居中作物，适当的照明，清晰的背景等）仍然具有挑战性。在本文中，我们采用更困难的环境，纳入背景干扰者，作为解决这一挑战的第一步。我们提出了一种简单的基线方法，可以学习有意义的表示，没有基于度量的学习，没有数据增强，没有世界模型学习，也没有对比学习。然后，我们分析何时何种以及为什么先前提出的方法可能会失败或减少与此更难设置中的基线相同的表现，以及为什么我们应该仔细考虑扩展在井策良好环境之外的这种方法。我们的研究结果表明，基于奖励密度，问题的规划地平线，任务 - 无关组件等的规划等的粮食基准，对评估算法至关重要。基于这些观察，我们提出了在评估基准任务的算法时考虑不同的指标。我们希望在调查如何最佳地将RL应用于现实世界任务时激励研究人员对重新思考代表学习来激发研究人员。

Offline reinforcement learning (RL) refers to the problem of learning policies entirely from a large batch of previously collected data. This problem setting offers the promise of utilizing such datasets to acquire policies without any costly or dangerous active exploration. However, it is also challenging, due to the distributional shift between the offline training data and those states visited by the learned policy. Despite significant recent progress, the most successful prior methods are model-free and constrain the policy to the support of data, precluding generalization to unseen states. In this paper, we first observe that an existing model-based RL algorithm already produces significant gains in the offline setting compared to model-free approaches. However, standard model-based RL methods, designed for the online setting, do not provide an explicit mechanism to avoid the offline setting's distributional shift issue. Instead, we propose to modify the existing model-based RL methods by applying them with rewards artificially penalized by the uncertainty of the dynamics. We theoretically show that the algorithm maximizes a lower bound of the policy's return under the true MDP. We also characterize the trade-off between the gain and risk of leaving the support of the batch data. Our algorithm, Model-based Offline Policy Optimization (MOPO), outperforms standard model-based RL algorithms and prior state-of-the-art model-free offline RL algorithms on existing offline RL benchmarks and two challenging continuous control tasks that require generalizing from data collected for a different task. * equal contribution. † equal advising. Orders randomized.34th Conference on Neural Information Processing Systems (NeurIPS 2020),

在智能决策系统的核心上，如何代表和优化政策是一个基本问题。这个问题的根源挑战是政策空间的大规模和高复杂性，这加剧了政策学习的困难，尤其是在现实世界中。对于理想的替代政策领域，最近在低维潜在空间中的政策表示表明其在改善政策的评估和优化方面的潜力。这些研究所涉及的关键问题是，我们应根据哪些标准抽象出所需的压缩和泛化的政策空间。但是，文献中对政策抽象的理论和政策表示学习方法的研究较少。在这项工作中，我们做出了最初的努力来填补空缺。首先，我们提出了一个统一的政策抽象理论，其中包含与不同级别的政策特征相关的三种类型的策略抽象。然后，我们将它们推广到三个策略指标，以量化政策的距离（即相似性），以便在学习策略表示方面更方便使用。此外，我们建议基于深度度量学习的政策表示学习方法。对于实证研究，我们研究了拟议的政策指标和代表的功效，分别表征政策差异和传达政策概括。我们的实验均在政策优化和评估问题中进行，其中包含信任区域政策优化（TRPO），多样性引导的进化策略（DGES）和非政策评估（OPE）。自然而然地，实验结果表明，对于所有下游学习问题，都没有普遍的最佳抽象。虽然影响力 - 反应抽象可以是通常的首选选择。

通过提供丰富的训练信号来塑造代理人的潜国空间，建模世界可以使机器人学习受益。然而，在诸如图像之类的高维观察空间上的无约束环境中学习世界模型是具有挑战性的。一个难度来源是存在无关但难以模范的背景干扰，以及不重要的任务相关实体的视觉细节。我们通过学习经常性潜在的动态模型来解决这个问题，该模型对比预测下一次观察。即使使用同时的相机，背景和色调分散，这种简单的模型也会导致令人惊讶的鲁棒机器人控制。我们优于替代品，如双刺激方法，这些方法施加来自未来奖励或未来最佳行为的不同性措施。我们在分散注意力控制套件上获得最先进的结果，是基于像素的机器人控制的具有挑战性的基准。

人类是熟练的导航员：我们恰当地在新的地方进行了操纵，意识到我们回到以前见过的位置，甚至可以想到经历我们从未参观过的部分环境的捷径。另一方面，基于模型的强化学习中的当前方法与从训练分布中概括环境动态的努力。我们认为，两个原则可以帮助弥合这一差距：潜在的学习和简约的动态。人类倾向于以简单的术语来思考环境动态 - 我们认为轨迹不是指我们期望在路径上看到的东西，而是在抽象的潜在空间中，其中包含有关该位置的空间坐标的信息。此外，我们假设在环境的新颖部分中四处走动的工作方式与我们所熟悉的部分相同。这两个原则在串联中共同起作用：在潜在空间中，动态表现出了简约的特征。我们开发了一种学习这种简约动态的模型。使用一个变异目标，我们的模型经过培训，可以使用本地线性转换在潜在空间中重建经验丰富的过渡，同时鼓励尽可能少地调用不同的变换。使用我们的框架，我们演示了在一系列政策学习和计划任务中学习简化潜在动态模型的实用性。

Meta强化学习（META-RL）旨在学习一项政策，同时并迅速适应新任务。它需要大量从培训任务中汲取的数据，以推断任务之间共享的共同结构。如果没有沉重的奖励工程，长期任务中的稀疏奖励加剧了元RL样品效率的问题。 Meta-RL中的另一个挑战是任务之间难度级别的差异，这可能会导致一个简单的任务主导共享策略的学习，从而排除政策适应新任务。这项工作介绍了一个新颖的目标功能，可以在培训任务中学习动作翻译。从理论上讲，我们可以验证带有操作转换器的传输策略的值可以接近源策略的值和我们的目标函数（大约）上限的值差。我们建议将动作转换器与基于上下文的元元算法相结合，以更好地收集数据，并在元训练期间更有效地探索。我们的方法从经验上提高了稀疏奖励任务上元RL算法的样本效率和性能。

有效的探索对于具有稀疏奖励或高维状态行动空间的环境中的加固学习代理至关重要。基于国家访问的数量，好奇心和熵最大化的最新作品产生了固有的奖励信号，以激励代理人参观新颖的国家进行探索。但是，代理可能会因包含新颖但任务含量信息的传感器输入的扰动而分心，例如由于传感器噪声或背景变化。在这项工作中，我们通过对时间序列观察中的测试和压缩顺序预测信息进行建模和压缩顺序预测信息，介绍了为学习压缩和时间连贯表示的顺序信息瓶颈目标。为了在嘈杂的环境中有效探索，我们进一步构建了内在的奖励，这些奖励基于学习的表示，以捕获与任务相关的状态新颖性。我们得出了顺序信息瓶颈目标的变异上限，以实用优化，并提供了对派生的上限的信息理论解释。我们对一组基于图像的模拟控制任务进行的实验表明，与基于好奇心，熵最大化和信息获得的最新方法相比，我们的方法可实现更好的样品效率，以及对白噪声和自然视频背景的鲁棒性和鲁棒性。 。

由于源极和目标环境之间的差异，深增强学习算法可以在现实世界的任务中表现不佳。这种差异通常被视为过渡动态的干扰。许多现有算法通过将干扰和应用于训练期间将其应用于源环境来学习强大的政策，这通常需要先验知识对模拟器的干扰和控制。然而，这些算法在目标环境中的干扰未知的情况下可能会失败，或者在模拟器中的模型中难以解决。为了解决这个问题，我们提出了一种新型的无模型演员 - 评论家算法 - 即状态保守政策优化（SCPO） - 学习强大的政策，而不会提前建立干扰。具体地，SCPO将转换动态的干扰降低到状态空间中的干扰，然后通过简单的基于梯度的常规器近似。 SCPO的吸引人的功能包括实施简单，不需要额外了解干扰或专门设计的模拟器。在若干机器人控制任务中的实验表明，SCPO了解抵抗过渡动态的干扰的强大政策。

我们研究了强化学习（RL）中的策略扩展值函数近似器（PEVFA），其扩展了传统的价值函数近似器（VFA），不仅将输入的输入（和动作）而且是一个显式策略表示。这样的扩展使PEVFA能够同时保留多个策略的值，并带来吸引人的特性，即\ \ emph {策略之间的值泛化}。我们正式分析了广义政策迭代（GPI）下的价值概括。从理论和经验镜头来看，PEVFA提供的广义值估计值可能对连续策略的真实值较低的初始近似误差，这预计将在GPI期间提高连续值近似。基于上述线索，我们介绍了一种新的GPI形式，PEVFA，利用了政策改进路径的价值泛化。此外，我们向RL策略提出了一个表示学习框架，提供了从策略网络参数或状态操作对中学习有效策略嵌入的几种方法。在我们的实验中，我们评估了PEVFA和政策代表学习在几个Openai健身房连续控制任务中提供的价值概括的效果。对于算法实现的代表性实例，在GPI的GPI范式下重新实现的近端策略优化（PPO）在大多数环境中对其VANILLA对应物的绩效改进约为40 \％。