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RL如何与模仿学习结合工作?

强化学习 (RL) 和模仿学习通常结合使用,通过利用专家演示来更有效地训练智能体。RL 侧重于通过最大化奖励信号进行试错学习,而模仿学习则利用专家行为示例来指导学习过程。结合使用时,模仿学习可以为 RL 提供一个起点或用专家数据补充奖励函数,从而加速 RL。例如,智能体可能首先模仿专家轨迹以避免随机探索,然后使用 RL 来改进其策略,以适应新场景或超越专家的表现。

一种常见的方法是使用模仿学习来初始化 RL 策略。行为克隆等技术直接复制状态-动作对中的专家动作,这为智能体提供了一个可以进一步发展的基本策略。初始化后,PPO (Proximal Policy Optimization) 或 SAC (Soft Actor-Critic) 等 RL 算法可以通过与环境交互并优化奖励来微调策略。例如,自动驾驶汽车可能首先通过模仿人类驾驶员(模仿学习)来学习保持在车道内,然后使用 RL 处理避免突然障碍物等罕见场景。另一种方法是将模仿和 RL 目标结合到一个奖励函数中。DDPG (Deep Deterministic Policy Gradient) 等算法可以进行修改,以对偏离专家行为的情况进行惩罚,确保智能体在探索优化方案的同时,能够遵循安全或已被证明的策略。

一个实际的例子是使用 DAgger(数据集聚合)等混合框架。在 DAgger 中,智能体与环境交互,在出错时向专家查询纠正动作,并聚合这些数据以重新训练策略。这减少了训练(专家数据)和测试(智能体生成的状态)之间的分布不匹配。对于机器人学来说,这可能涉及一个机械臂首先通过复制人类演示来学习抓取物体,然后使用 RL 根据触觉反馈调整抓取力度。挑战包括确保专家数据质量以及平衡探索(以发现更好的策略)与模仿(以避免不安全行为)。虽然结合使用 RL 和模仿学习可以缩短训练时间,但需要仔细调整,以防止过度依赖不完美的演示或扼杀新颖的解决方案。

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