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RENEW:利用人類偏好學習世界模型並修復模型利用問題

文章摘要

離線強化學習中世界模型易受模型利用問題影響,現有方法成本高或限制泛化。本文提出RENEW方法,透過人類偏好直接修復模型利用,結合動力學學習與人類反饋,利用認知不確定性提高樣本效率,在多個環境中驗證了有效性。

來源arXiv Machine Learning作者: Logan Mondal Bhamidipaty, Mykel Kochenderfer, Subramanian Ramamoorthy
RENEW:利用人類偏好學習世界模型並修復模型利用問題
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離線強化學習(Offline Reinforcement Learning, Offline RL)是一種在固定資料集上學習策略的方法,無需與環境互動。為了提升樣本效率並生成資料集之外的經驗,世界模型(World Model)被廣泛採用。世界模型能夠模擬環境的動態,從而允許智慧體在模型內進行規劃或生成虛擬軌跡。然而,世界模型面臨一個關鍵挑戰:模型利用(Model Exploitation)。當資料覆蓋不足時,模型會在未充分探索的區域產生不準確的預測,這些錯誤會被策略利用,導致次優或危險的行為。傳統的解決方法有兩種:一是收集更多專家演示資料,但這樣成本高昂、可能不安全或不可行;二是採用保守演算法,避免不確定的區域,但這會限制模型的泛化能力。

針對這一問題,來自研究團隊的Logan Mondal Bhamidipaty等人提出了一種名為RENEW的新方法。RENEW的核心思想是利用人類偏好來直接修復模型利用。人類擁有強大的直觀物理理解能力,能夠輕易識別世界模型產生的荒謬動態幻覺(例如,物體不自然地運動)。研究者將這一過程形式化為“動力學學習從人類反饋”(Dynamics Learning from Human Feedback, DLHF)。DLHF基於Bradley-Terry偏好損失,在學習的動力學模型下對軌跡的對數似然進行最佳化。具體來說,人類觀察模型生成的不同軌跡,並指出哪些看起來更合理。這些偏好訊號用於調整模型,使其生成更符合物理規律的軌跡。

然而,直接的DLHF方法樣本效率低下,需要大量人類偏好才能有效。為此,RENEW引入了認知不確定性(Epistemic Uncertainty)度量。認知不確定性衡量模型在其預測中缺乏資料的程度。RENEW利用這一度量,將微調集中在模型最容易被利用、不確定性最高的區域,從而顯著減少所需的人類偏好數量。同時,這種方法還有助於限制災難性遺忘——即在微調新任務時忘記之前學到的知識。

實驗在多個環境中進行,包括Jumanji(一系列複雜的組合最佳化任務)和經典控制環境(如CartPole和HalfCheetah)。結果表明,儘管樸素的DLHF需要巨大的偏好預算,RENEW透過提高樣本效率、限制災難性遺忘和減少世界模型中的利用,使這一框架變得實用。總體而言,RENEW提供了初步證據,表明人類偏好可以直接用於監督世界模型的動力學,為離線模型強化學習中的利用問題提供了新的解決思路。該研究為未來將人類直覺與機器學習結合,解決資料覆蓋不足導致的模型漏洞開闢了新的方向。

展開要點與分析

文章情報

工程師進階

要點

  • 世界模型在離線強化學習中面臨模型利用問題,傳統解法成本高或限制泛化。
  • 提出動力學學習從人類反饋(DLHF)框架,利用人類偏好修補模型幻覺。
  • RENEW透過認知不確定性聚焦微調,提高樣本效率並減少災難性遺忘。
  • 實驗表明RENEW使偏好監督世界模型動力學成為可行方案。

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