我们专注于一个典型的物流部门的卸载问题，该问题被建模为顺序的选择任务。在这种类型的任务中，现代的机器学习技术已经显示出比经典系统更好的工作，因为它们更适合随机性，并且能够更好地应对大型不确定性。更具体地说，在这方面，有监督和模仿学习取得了出色的成果，因为需要某种形式的监督，这对于所有设置并不总是可获得的。另一方面，加固学习（RL）需要许多更温和的监督形式，但由于其效率低下仍然不切实际。在本文中，我们提出并理论上激励了一种新颖的无监督奖励构成算法，从专家的观察结果中塑造了算法，该算法放宽了代理商所需的监督水平，并致力于改善我们任务中的RL绩效。

需要大量人类努力和迭代的奖励功能规范仍然是通过深入的强化学习来学习行为的主要障碍。相比之下，提供所需行为的视觉演示通常会提供一种更简单，更自然的教师的方式。我们考虑为代理提供了一个固定的视觉演示数据集，说明了如何执行任务，并且必须学习使用提供的演示和无监督的环境交互来解决任务。此设置提出了许多挑战，包括对视觉观察的表示，由于缺乏固定的奖励或学习信号而导致的，由于高维空间而引起的样本复杂性以及学习不稳定。为了解决这些挑战，我们开发了一种基于变异模型的对抗模仿学习（V-Mail）算法。基于模型的方法为表示学习，实现样本效率并通过实现派利学习来提高对抗性训练的稳定性提供了强烈的信号。通过涉及几种基于视觉的运动和操纵任务的实验，我们发现V-Mail以样本有效的方式学习了成功的视觉运动策略，与先前的工作相比，稳定性更高，并且还可以实现较高的渐近性能。我们进一步发现，通过传输学习模型，V-Mail可以从视觉演示中学习新任务，而无需任何其他环境交互。所有结果在内的所有结果都可以在\ url {https://sites.google.com/view/variational-mail}在线找到。

Adversarial Imitation Learning (AIL) is a class of popular state-of-the-art Imitation Learning algorithms commonly used in robotics. In AIL, an artificial adversary's misclassification is used as a reward signal that is optimized by any standard Reinforcement Learning (RL) algorithm. Unlike most RL settings, the reward in AIL is $differentiable$ but current model-free RL algorithms do not make use of this property to train a policy. The reward is AIL is also shaped since it comes from an adversary. We leverage the differentiability property of the shaped AIL reward function and formulate a class of Actor Residual Critic (ARC) RL algorithms. ARC algorithms draw a parallel to the standard Actor-Critic (AC) algorithms in RL literature and uses a residual critic, $C$ function (instead of the standard $Q$ function) to approximate only the discounted future return (excluding the immediate reward). ARC algorithms have similar convergence properties as the standard AC algorithms with the additional advantage that the gradient through the immediate reward is exact. For the discrete (tabular) case with finite states, actions, and known dynamics, we prove that policy iteration with $C$ function converges to an optimal policy. In the continuous case with function approximation and unknown dynamics, we experimentally show that ARC aided AIL outperforms standard AIL in simulated continuous-control and real robotic manipulation tasks. ARC algorithms are simple to implement and can be incorporated into any existing AIL implementation with an AC algorithm. Video and link to code are available at: https://sites.google.com/view/actor-residual-critic.

我们研究使用动物视频来提高增强学习（RL）效率和性能的可能性。从理论角度来看，我们激励使用加权策略优化对非政策RL的使用，描述从视频中学习并提出解决方案时面临的主要挑战。我们在离线和在线RL中测试我们的想法，并在一系列2D导航任务上显示令人鼓舞的结果。

我们提出了状态匹配的离线分布校正估计（SMODICE），这是一种新颖且基于多功能回归的离线模仿学习（IL）算法，该算法是通过状态占用匹配得出的。我们表明，SMODICE目标通过在表格MDP中的Fenchel二元性和一个分析解决方案的应用来接受一个简单的优化过程。不需要访问专家的行动，可以将Smodice有效地应用于三个离线IL设置：（i）模仿观察值（IFO），（ii）IFO具有动态或形态上不匹配的专家，以及（iii）基于示例的加固学习，这些学习我们表明可以将其公式为州占领的匹配问题。我们在GridWorld环境以及高维离线基准上广泛评估了Smodice。我们的结果表明，Smodice对于所有三个问题设置都有效，并且在前最新情况下均明显胜过。

在许多顺序决策问题（例如，机器人控制，游戏播放，顺序预测），人类或专家数据可用包含有关任务的有用信息。然而，来自少量专家数据的模仿学习（IL）可能在具有复杂动态的高维环境中具有挑战性。行为克隆是一种简单的方法，由于其简单的实现和稳定的收敛而被广泛使用，但不利用涉及环境动态的任何信息。由于对奖励和政策近似器或偏差，高方差梯度估计器，难以在实践中难以在实践中努力训练的许多现有方法。我们介绍了一种用于动态感知IL的方法，它通过学习单个Q函数来避免对抗训练，隐含地代表奖励和策略。在标准基准测试中，隐式学习的奖励显示与地面真实奖励的高正面相关性，说明我们的方法也可以用于逆钢筋学习（IRL）。我们的方法，逆软Q学习（IQ-Learn）获得了最先进的结果，在离线和在线模仿学习设置中，显着优于现有的现有方法，这些方法都在所需的环境交互和高维空间中的可扩展性中，通常超过3倍。

本文考虑了从专家演示中学习机器人运动和操纵任务。生成对抗性模仿学习（GAIL）训练一个区分专家与代理转换区分开的歧视者，进而使用歧视器输出定义的奖励来优化代理商的策略生成器。这种生成的对抗训练方法非常强大，但取决于歧视者和发电机培训之间的微妙平衡。在高维问题中，歧视训练可能很容易过度拟合或利用与任务 - 核定功能进行过渡分类的关联。这项工作的一个关键见解是，在合适的潜在任务空间中进行模仿学习使训练过程稳定，即使在挑战高维问题中也是如此。我们使用动作编码器模型来获得低维的潜在动作空间，并使用对抗性模仿学习（Lapal）训练潜在政策。可以从州行动对脱机来训练编码器模型，以获得任务无关的潜在动作表示或与歧视器和发电机培训同时在线获得，以获得任务意识到的潜在行动表示。我们证明了Lapal训练是稳定的，具有近乎单的性能的改进，并在大多数运动和操纵任务中实现了专家性能，而Gail基线收敛速度较慢，并且在高维环境中无法实现专家的表现。

基于生成的对抗网络用于模仿学习的方法是有希望的，因为它们在专家演示方面是有效的样本。但是，培训生成器需要与实际环境进行许多交互，因为采用了无模型的强化学习来更新策略。为了使用基于模型的增强学习提高样品效率，我们在熵调控的马尔可夫决策过程中提出了基于模型的熵调查模仿学习（MB-eril），以减少与实际环境的相互作用数量。 MB-eril使用两个歧视因子。策略歧视者将机器人与专家的动作区分开来，模型歧视者区分了由模型产生的反事实状态转变与实际模型的转变。我们得出结构化的歧视者，以便学习政策和模型是有效的。计算机模拟和实际机器人实验表明，与基线方法相比，MB-eril实现了竞争性能，并显着提高了样品效率。

模仿学习在有效地学习政策方面对复杂的决策问题有着巨大的希望。当前的最新算法经常使用逆增强学习（IRL），在给定一组专家演示的情况下，代理会替代奖励功能和相关的最佳策略。但是，这种IRL方法通常需要在复杂控制问题上进行实质性的在线互动。在这项工作中，我们提出了正规化的最佳运输（ROT），这是一种新的模仿学习算法，基于最佳基于最佳运输轨迹匹配的最新进展。我们的主要技术见解是，即使只有少量演示，即使只有少量演示，也可以自适应地将轨迹匹配的奖励与行为克隆相结合。我们对横跨DeepMind Control Suite，OpenAI Robotics和Meta-World基准的20个视觉控制任务进行的实验表明，与先前最新的方法相比，平均仿真达到了90％的专家绩效的速度，达到了90％的专家性能。 。在现实世界的机器人操作中，只有一次演示和一个小时的在线培训，ROT在14个任务中的平均成功率为90.1％。

仿制学习（IL）是一种有效的学习范例，利用代理和环境之间的交互。它不需要显式奖励信号，而是尝试使用专家演示恢复所需的策略。通常，IL方法可以分类为行为克隆（BC）和逆钢筋学习（IRL）。在这项工作中，提出了一种基于概率密度估计的新型奖励功能，用于IRL，这可以显着降低现有IRL方法的复杂性。此外，我们证明，只要确定性，我们源自奖励函数的理论上最佳政策与专家政策相同。因此，可以优雅地将IRL问题变为概率密度估计问题。基于所提出的奖励函数，我们展示了一个“观看 - 尝试学习”样式框架命名概率密度估计的基于仿真学习（PDEIL），其可以在离散和连续的动作空间中工作。最后，在健身房环境中的综合实验表明，Pdeil比现有算法恢复靠近地面真理的奖励更有效。

有效的探索仍然是一个重要的挑战，这可以防止为许多物理系统部署加强学习。对于具有连续和高维状态和动作空间的系统尤其如此，例如机器人操纵器。挑战在稀疏奖励环境中强调，其中设计密集奖励设计所需的低级状态信息不可用。对手仿制学习（AIL）可以通过利用专家生成的最佳行为和基本上提供替代奖励信息的替代来部分克服这一屏障。不幸的是，专家示范的可用性并不一定能够改善代理商有效探索的能力，并且正如我们经常展现所在，可以导致效率低或停滞不前。我们从引导播放（LFGP）中展示了一个框架，其中我们利用了专家演示，除了主要任务，多个辅助任务。随后，使用修改的AIL过程来使用分层模型来学习每个任务奖励和策略，其中通过组合不同任务的调度程序强制对所有任务的探索。这提供了许多好处：具有挑战瓶颈转换的主要任务的学习效率得到改善，专家数据在任务之间可重复使用，并且通过重用学习辅助任务模型的传输学习成为可能。我们在一个具有挑战性的多任务机器人操纵域中的实验结果表明我们的方法有利地对监督模仿学习和最先进的AIL方法进行比较。代码可在https://github.com/utiasstars/lfgp获得。

Adversarial imitation learning (AIL) has become a popular alternative to supervised imitation learning that reduces the distribution shift suffered by the latter. However, AIL requires effective exploration during an online reinforcement learning phase. In this work, we show that the standard, naive approach to exploration can manifest as a suboptimal local maximum if a policy learned with AIL sufficiently matches the expert distribution without fully learning the desired task. This can be particularly catastrophic for manipulation tasks, where the difference between an expert and a non-expert state-action pair is often subtle. We present Learning from Guided Play (LfGP), a framework in which we leverage expert demonstrations of multiple exploratory, auxiliary tasks in addition to a main task. The addition of these auxiliary tasks forces the agent to explore states and actions that standard AIL may learn to ignore. Additionally, this particular formulation allows for the reusability of expert data between main tasks. Our experimental results in a challenging multitask robotic manipulation domain indicate that LfGP significantly outperforms both AIL and behaviour cloning, while also being more expert sample efficient than these baselines. To explain this performance gap, we provide further analysis of a toy problem that highlights the coupling between a local maximum and poor exploration, and also visualize the differences between the learned models from AIL and LfGP.

仿制学习（IL）是一个框架，了解从示范中模仿专家行为。最近，IL显示了高维和控制任务的有希望的结果。然而，IL通常遭受环境互动方面的样本低效率，这严重限制了它们对模拟域的应用。在工业应用中，学习者通常具有高的相互作用成本，与环境的互动越多，对环境的损害越多，学习者本身就越多。在本文中，我们努力通过引入逆钢筋学习的新颖方案来提高样本效率。我们的方法，我们调用\ texit {model redion函数基础的模仿学习}（mrfil），使用一个集合动态模型作为奖励功能，是通过专家演示培训的内容。关键的想法是通过在符合专家示范分布时提供积极奖励，为代理商提供与漫长地平线相匹配的演示。此外，我们展示了新客观函数的收敛保证。实验结果表明，与IL方法相比，我们的算法达到了竞争性能，并显着降低了环境交互。

We develop a simple framework to learn bio-inspired foraging policies using human data. We conduct an experiment where humans are virtually immersed in an open field foraging environment and are trained to collect the highest amount of rewards. A Markov Decision Process (MDP) framework is introduced to model the human decision dynamics. Then, Imitation Learning (IL) based on maximum likelihood estimation is used to train Neural Networks (NN) that map human decisions to observed states. The results show that passive imitation substantially underperforms humans. We further refine the human-inspired policies via Reinforcement Learning (RL) using the on-policy Proximal Policy Optimization (PPO) algorithm which shows better stability than other algorithms and can steadily improve the policies pretrained with IL. We show that the combination of IL and RL can match human results and that good performance strongly depends on combining the allocentric information with an egocentric representation of the environment.

最近，目睹了利用专家国家在模仿学习（IL）中的各种成功应用。然而，来自视觉输入（ILFVI）的另一个IL设定 - IL，它通过利用在线视觉资源而具有更大的承诺，它具有低数据效率和良好的性能，从政策学习方式和高度产生了差 - 宣称视觉输入。我们提出了由禁止策略学习方式，数据增强和编码器技术组成的OPIFVI（视觉输入的偏离策略模仿），分别分别解决所提到的挑战。更具体地，为了提高数据效率，OPIFVI以脱策方式进行IL，可以多次使用采样数据。此外，我们提高了opifvi与光谱归一化的稳定性，以减轻脱助政策培训的副作用。我们认为代理商的ILFVI表现不佳的核心因素可能不会从视觉输入中提取有意义的功能。因此，Opifvi采用计算机愿望的数据增强，以帮助列车编码器，可以更好地从视觉输入中提取功能。另外，对编码器的梯度背交量的特定结构旨在稳定编码器训练。最后，我们证明OPIFVI能够实现专家级性能和优于现有的基线，无论是通过使用Deepmind控制套件的广泛实验，无论视觉演示还是视觉观测。

Many practical applications of reinforcement learning constrain agents to learn from a fixed batch of data which has already been gathered, without offering further possibility for data collection. In this paper, we demonstrate that due to errors introduced by extrapolation, standard offpolicy deep reinforcement learning algorithms, such as DQN and DDPG, are incapable of learning without data correlated to the distribution under the current policy, making them ineffective for this fixed batch setting. We introduce a novel class of off-policy algorithms, batch-constrained reinforcement learning, which restricts the action space in order to force the agent towards behaving close to on-policy with respect to a subset of the given data. We present the first continuous control deep reinforcement learning algorithm which can learn effectively from arbitrary, fixed batch data, and empirically demonstrate the quality of its behavior in several tasks.

事后重新标记已成为多进球增强学习（RL）的基础技术。这个想法非常简单：任何任意轨迹都可以看作是达到轨迹最终状态的专家演示。直观地，此程序训练了一个目标条件政策，以模仿次优的专家。但是，模仿与事后重新标签之间的这种联系尚不清楚。现代模仿学习算法是用Divergence最小化的语言描述的，但仍然是一个开放的问题。在这项工作中，我们开发了一个统一的目标，以解释这种联系，从中我们可以从中获得目标条件的监督学习（GCSL）和奖励功能，并从第一原则中获得了事后见解体验重播（她）。在实验上，我们发现，尽管目标条件行为克隆（BC）最近取得了进步，但多进球Q学习仍然可以超越BC样方法。此外，两者的香草组合实际上都损害了模型性能。在我们的框架下，我们研究何时期望卑诗省提供帮助，并从经验上验证我们的发现。我们的工作进一步桥接了目标的目标和生成建模，说明了将生成模型成功扩展到RL的细微差别和新途径。

离线目标条件的强化学习（GCRL）承诺以从纯粹的离线数据集实现各种目标的形式的通用技能学习。我们提出$ \ textbf {go} $ al-al-conditioned $ f $ - $ \ textbf {a} $ dvantage $ \ textbf {r} $ egression（gofar），这是一种基于新颖的回归gcrl gcrl algorithm，它源自州越来越多匹配的视角；关键的直觉是，可以将目标任务提出为守护动态的模仿者和直接传送到目标的专家代理之间的状态占用匹配问题。与先前的方法相反，Gofar不需要任何事后重新标签，并且对其价值和策略网络享有未融合的优化。这些独特的功能允许Gofar具有更好的离线性能和稳定性以及统计性能保证，这对于先前的方法无法实现。此外，我们证明了Gofar的训练目标可以重新使用，以从纯粹的离线源数据域数据中学习独立于代理的目标条件计划的计划者，这可以使零射击传输到新的目标域。通过广泛的实验，我们验证了Gofar在各种问题设置和任务中的有效性，显着超过了先前的先验。值得注意的是，在真正的机器人灵活性操纵任务上，虽然没有其他方法取得了有意义的进步，但Gofar获得了成功实现各种目标的复杂操纵行为。

增强学习（RL）算法假设用户通过手动编写奖励函数来指定任务。但是，这个过程可能是费力的，需要相当大的技术专长。我们可以设计RL算法，而是通过提供成功结果的示例来支持用户来指定任务吗？在本文中，我们推导了一种控制算法，可以最大化这些成功结果示例的未来概率。在前阶段的工作已经接近了类似的问题，首先学习奖励功能，然后使用另一个RL算法优化此奖励功能。相比之下，我们的方法直接从过渡和成功的结果中学习价值函数，而无需学习此中间奖励功能。因此，我们的方法需要较少的封闭式曲折和调试的代码行。我们表明我们的方法满足了一种新的数据驱动Bellman方程，其中示例取代了典型的奖励函数术语。实验表明，我们的方法优于学习明确奖励功能的先前方法。

近年来，深度加固学习（DRL）已经成功地进入了复杂的决策应用，例如机器人，自动驾驶或视频游戏。在寻找更多采样高效的算法中，有希望的方向是利用尽可能多的外部偏离策略数据。这种数据驱动方法的一个主题是从专家演示中学习。在过去，已经提出了多种想法来利用添加到重放缓冲区的示范，例如仅在演示中预先预订或最小化额外的成本函数。我们提出了一种新的方法，能够利用任何稀疏奖励环境中在线收集的演示和剧集，以任何违规算法在线。我们的方法基于奖励奖金，给出了示范和成功的剧集，鼓励专家模仿和自模仿。首先，我们向来自示威活动的过渡提供奖励奖金，以鼓励代理商符合所证明的行为。然后，在收集成功的剧集时，我们将其在将其添加到重播缓冲区之前与相同的奖金转换，鼓励代理也与其先前的成功相匹配。我们的实验专注于操纵机器人，特别是在模拟中有6个自由的机器人手臂的三个任务。我们表明，即使在没有示范的情况下，我们基于奖励重新标记的方法可以提高基础算法（SAC和DDPG）对这些任务的性能。此外，集成到我们的方法中的两种改进来自以前的作品，允许我们的方法优于所有基线。