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強化學習算法被廣泛的認為可以分為兩大類：無模型（Model-Free）的算法和基于模型（Model-Based）的算法。無模型的算法在過去一段時間在許多任務中已經取得了巨大的進步，這包括了機器人，視頻游戲等。盡管這類算法取得了巨大的成功，但是由于其較高的采樣復雜度，即需要與測試任務和環境進行大量的交互，生成樣本，從而學習得到效果較好的策略，這使得無模型的強化學習算法難以應用到大量的實際場景問題中，而僅僅應用在具有仿真環境的問題當中。

而通過學習一個近似環境的參數化的模型（Model），進而進一步幫助策略的學習的這類算法，被稱為基于模型的算法，使得其相比無模型算法可以大大降低采樣復雜度。本教程對基于模型的強化學習(MBRL)領域進行了廣泛的概述，特別強調了深度方法。MBRL方法利用環境模型來做決策——而不是將環境看作一個黑箱——并且提供了超越無模型RL的獨特機會和挑戰。我們將討論學習過渡和獎勵模式的方法，如何有效地使用這些模式來做出更好的決策，以及計劃和學習之間的關系。我們還強調了在典型的RL設置之外。

導航是移動機器人所需要的最基本的功能之一，允許它們從一個源穿越到一個目的地。傳統的辦法嚴重依賴于預先確定的地圖的存在，這種地圖的取得時間和勞力都很昂貴。另外，地圖在獲取時是準確的，而且由于環境的變化會隨著時間的推移而退化。我們認為，獲取高質量地圖的嚴格要求從根本上限制了機器人系統在動態世界中的可實現性。本論文以無地圖導航的范例為動力，以深度強化學習(DRL)的最新發展為靈感，探討如何開發實用的機器人導航。

DRL的主要問題之一是需要具有數百萬次重復試驗的不同實驗設置。這顯然是不可行的，從一個真實的機器人通過試驗和錯誤，所以我們反而從一個模擬的環境學習。這就引出了第一個基本問題，即彌合從模擬環境到真實環境的現實差距，該問題將在第3章討論。我們把重點放在單眼視覺避障的特殊挑戰上，把它作為一個低級的導航原語。我們開發了一種DRL方法，它在模擬世界中訓練，但可以很好地推廣到現實世界。

在現實世界中限制移動機器人采用DRL技術的另一個問題是訓練策略的高度差異。這導致了較差的收斂性和較低的整體回報，由于復雜和高維搜索空間。在第4章中，我們利用簡單的經典控制器為DRL的局部導航任務提供指導，避免了純隨機的初始探索。我們證明，這種新的加速方法大大減少了樣本方差，并顯著增加了可實現的平均回報。

我們考慮的最后一個挑戰是無上限導航的稀疏視覺制導。在第五章，我們提出了一種創新的方法來導航基于幾個路點圖像，而不是傳統的基于視頻的教學和重復。我們證明，在模擬中學習的策略可以直接轉移到現實世界，并有能力很好地概括到不可見的場景與環境的最小描述。

我們開發和測試新的方法，以解決障礙規避、局部引導和全球導航等關鍵問題，實現我們的愿景，實現實際的機器人導航。我們將展示如何將DRL作為一種強大的無模型方法來處理這些問題

題目： A Game Theoretic Framework for Model Based Reinforcement Learning

摘要： 基于模型的強化學習(MBRL)最近獲得了極大的興趣，因為它具有潛在的樣本效率和合并非策略數據的能力。然而，使用富函數逼近器設計穩定、高效的MBRL算法仍然具有挑戰性。為了從抽象的角度揭示MBRL的實際挑戰并簡化算法設計，我們開發了一個新的框架，將MBRL描述為:(1)一個策略參與者，它試圖在學習模型下最大化回報;(2)一個模型player，它試圖與策略player收集的真實數據相匹配。在算法開發方面，我們構造了一個雙方參與的Stackelberg博弈，并證明了它可以用近似的雙層優化來解決。這就產生了兩種自然的MBRL算法，基于這兩種算法，玩家被選擇為Stackelberg游戲的領導者。它們一起封裝、統一和泛化了許多以前的MBRL算法。此外，我們的框架是一致的，并提供了一個明確的基礎啟發式已知是重要的實踐，從以往的工作。最后，通過實驗驗證了所提出的算法具有較高的樣本效率，匹配無模型策略梯度的漸近性能，并能擴展到靈巧手操作等高維任務。

主題： A New Meta-Baseline for Few-Shot Learning

摘要： 近年來，元學習已經成為小樣本學習的流行框架，其目標是從少拍分類任務的集合中學習模型。雖然提出了越來越多的新穎元學習模型，但我們的研究發現了被忽視的簡單基準。我們通過在所有基類上預先訓練分類器，并在基于最近質心的少數鏡頭分類算法上進行元學習，提出了一種Meta-Baseline方法，該方法以較大的優勢勝過了最新的方法。為什么這個簡單的方法這么好？在元學習階段，我們觀察到在基礎類的未見任務上更好地推廣的模型在新型類任務上的性能可能會下降，這表明存在潛在的客觀差異。我們發現預訓練和從預訓練的分類器繼承良好的幾次快照分類法對于元基線都很重要，這可能有助于模型更好地利用具有更強可傳遞性的預訓練表示。此外，我們研究了何時需要在此元基線中進行元學習。我們的工作為該領域建立了一個新的基準，并為進一步了解元學習框架中的幾次學習現象提供了啟示。

強化學習（RL）研究的是當環境（即動力和回報）最初未知，但可以通過直接交互學習時的順序決策問題。RL算法最近在許多問題上取得了令人印象深刻的成果，包括游戲和機器人。 然而，大多數最新的RL算法需要大量的數據來學習一個令人滿意的策略，并且不能用于樣本昂貴和/或無法進行長時間模擬的領域（例如，人機交互）。朝著更具樣本效率的算法邁進的一個基本步驟是，設計適當平衡環境探索、收集有用信息的方法，以及利用所學策略收集盡可能多的回報的方法。

本教程的目的是讓您認識到探索性開發困境對于提高現代RL算法的樣本效率的重要性。本教程將向觀眾提供主要算法原理（特別是，面對不確定性和后驗抽樣時的樂觀主義）、精確情況下的理論保證（即表格RL）及其在更復雜環境中的應用，包括參數化MDP、線性二次控制，以及它們與深度學習架構的集成。本教程應提供足夠的理論和算法背景，以使AI和RL的研究人員在現有的RL算法中集成探索原理，并設計新穎的樣本高效的RL方法，能夠處理復雜的應用，例如人機交互（例如，會話代理），醫學應用（例如，藥物優化）和廣告（例如，營銷中的終身價值優化）。在整個教程中，我們將討論開放的問題和未來可能的研究方向。

論文題目： Meta-World: A Benchmark and Evaluation for Multi-Task and Meta Reinforcement Learning

摘要： 元強化學習算法可以利用以前的經驗來學習如何學習，從而使機器人更快地獲得新技能。然而，目前關于元強化學習的研究大多集中在任務分布非常狹窄的情況下。例如，一個常用的元強化學習基準對一個模擬機器人使用不同的運行速度作為不同的任務。當策略在如此狹窄的任務分布上進行元訓練時，它們不可能泛化到更快速地獲取全新的任務。因此，如果這些方法的目的是更快地獲取全新的行為，那么我們必須在任務分布上對它們進行評估，這些任務分布足夠廣泛，從而能夠對新行為進行泛化。在本文中，我們提出了一種元強化學習和多任務學習的開源模擬基準，由50個不同的機器人操作任務組成。我們的目標是使開發算法成為可能，從而加速獲取全新的、未完成的任務。我們評估了6種最先進的元強化學習和多任務學習算法。令人驚訝的是，雖然每個任務及其變體(例如，具有不同的對象位置)都可以成功地學習，但這些算法很難同時學習多個任務，即使只有10個不同的訓練任務。我們的分析和開源環境為未來多任務學習和元學習的研究鋪平了道路，這些研究可以使有意義的概括成為可能，從而釋放這些方法的全部潛力。

論文作者： Tianhe Yu, Deirdre Quillen, Zhanpeng He, Ryan Julian, Karol Hausman, Chelsea Finn, Sergey Levine

Sergey Levine于2009年獲得斯坦福大學計算機科學學士學位和碩士學位，并獲得博士學位。 2014年獲得斯坦福大學計算機科學博士學位。他于2016年秋天加入加州大學伯克利分校電氣工程與計算機科學系。他的工作重點是決策和控制的機器學習，重點是深度學習和強化學習。他的工作應用包括自動駕駛機器人和車輛，以及計算機視覺和圖形。 他的研究包括開發將感知和控制相結合的深度神經網絡策略的端到端訓練算法，用于逆向強化學習的可擴展算法，深度強化學習算法等。 在許多受歡迎的媒體中，包括紐約時報，BBC，麻省理工學院技術評論和彭博社，他的作品都得到了報道。

報告主題： Reinforcement Learning

報告簡介： 強化學習是智能體（Agent）以“試錯”的方式進行學習，通過與環境進行交互獲得的獎賞指導行為，目標是使智能體獲得最大的獎賞，強化學習不同于連接主義學習中的監督學習，主要表現在強化信號上，強化學習中由環境提供的強化信號是對產生動作的好壞作一種評價(通常為標量信號)，而不是告訴強化學習系統RLS(reinforcement learning system)如何去產生正確的動作。由于外部環境提供的信息很少，RLS必須靠自身的經歷進行學習。通過這種方式，RLS在行動-評價的環境中獲得知識，改進行動方案以適應環境。其基本原理是：如果Agent的某個行為策略導致環境正的獎賞(強化信號)，那么Agent以后產生這個行為策略的趨勢便會加強。Agent的目標是在每個離散狀態發現最優策略以使期望的折扣獎賞和最大。Nando教授將從強化學習的基礎入手，并結合強化學習的應用展開介紹。

嘉賓介紹： Nando曾在加州大學伯克利分校（UC Berkeley）從事人工智能工作，并于2001年成為加拿大不列顛哥倫比亞大學的教授，隨后于2013年成為英國牛津大學的教授。2017年，他全職加入DeepMind，擔任首席科學家，以幫助他們解決智力問題，使子孫后代可以過上更好的生活。 Nando還是加拿大高級研究所的資深研究員，并曾獲得多個學術獎項。

報告主題： 模仿學習前沿進展

報告摘要： 時空跟蹤和傳感數據的不斷發展，現在使得在廣泛的領域中對細粒度的行為進行分析和建模成為可能。例如，現在正在收集每場NBA籃球比賽的跟蹤數據，其中包括球員，裁判和以25 Hz跟蹤的球，以及帶有注釋的比賽事件，如傳球，射門和犯規。其他設置包括實驗動物，公共場所的人員，設置諸如手術室，演員講話和表演的演員，虛擬環境中的數字化身，自然現象（如空氣動力學）以及其他計算系統的行為等專業人員。 在本演講中，我將描述正在進行的研究，這些研究正在開發結構化模仿學習方法，以開發細粒度行為的預測模型。模仿學習是機器學習的一個分支，它處理模仿模仿的動態行為的學習。結構化模仿學習涉及施加嚴格的數學領域知識，這些知識可以（有時被證明）可以加速學習，并且還可以帶來附帶利益（例如Lyapunov穩定性或政策行為的可解釋性）。我將提供基本問題設置的高級概述，以及對實驗動物，專業運動，語音動畫和昂貴的計算神諭進行建模的特定項目。

嘉賓介紹： Yisong Yue，博士，是加州理工學院計算與數學科學系的助理教授。他以前是迪斯尼研究院的研究科學家。在此之前，他是卡耐基梅隆大學機器學習系和iLab的博士后研究員。 Yisong的研究興趣主要在于統計機器學習的理論和應用。他對開發用于交互式機器學習和結構化機器學習的新穎方法特別感興趣。過去，他的研究已應用于信息檢索，推薦系統，文本分類，從豐富的用戶界面中學習，分析隱式人類反饋，臨床治療，輔導系統，數據驅動的動畫，行為分析，運動分析，實驗設計科學，優化學習，機器人技術政策學習以及自適應計劃和分配問題。

簡介： 強大的機器學習技術在數據豐富的領域成為可能。然而，數據稀缺的領域對這類方法具有挑戰性，因為高容量函數逼近器非常依賴大型數據集進行泛化。這可能對從監督醫學圖像處理到增強學習等領域構成重大挑戰，在這些領域中，真實世界的數據收集(例如機器人)構成了重大的后勤挑戰。元學習或小樣本學習為這一問題提供了一個潛在的解決方案:通過學習跨許多以前任務的數據學習，小樣本元學習算法可以發現任務之間的結構，從而使新任務的快速學習成為可能。

本教程的目的是提供一個統一的元學習視角:向讀者講授現代方法，描述圍繞這些技術的概念和理論原則，介紹這些方法以前在哪里被應用，并討論該領域內的基本開放問題和挑戰。我們希望本教程對其他領域的機器學習研究人員有用，同時也為元學習研究人員提供了一個新的視角。總而言之，我們的目標是讓觀眾能夠將元學習應用到他們自己的應用中，并開發新的元學習算法和理論分析，以應對當前的挑戰和現有工作的局限性。

視頻地址：

Part1 //www.facebook.com/icml.imls/videos/4006/

Part2

主講人介紹：

Chelsea Finn是Google Brain的研究科學家，也是加州大學伯克利分校的博士后。在2019年9月，她將加入斯坦福大學的計算機科學系擔任助理教授。 Finn的研究興趣在于使機器人和其他代理能夠通過學習和交互來發展廣泛的智能行為的能力。為此，芬恩開發了深度學習算法，用于同時學習機器人操縱技能中的視覺感知和控制，用于非線性獎勵函數的可伸縮獲取的逆強化方法以及可以在兩個視覺系統中實現快速，少拍適應的元學習算法感知和深度強化學習。 Finn在麻省理工學院獲得EECS的學士學位，并在加州大學伯克利分校獲得CS的博士學位。她的研究得到了NSF研究生獎學金，Facebook獎學金C.V.的認可。她獲得了Ramamoorthy杰出研究獎和《麻省理工學院技術評論35分35獎》，她的工作已被《紐約時報》，《連線》和彭博社等多家媒體報道。

Sergey Levine于2009年獲得斯坦福大學計算機科學學士學位和碩士學位，并獲得博士學位。 2014年獲得斯坦福大學計算機科學博士學位。他于2016年秋天加入加州大學伯克利分校電氣工程與計算機科學系。他的工作重點是決策和控制的機器學習，重點是深度學習和強化學習。他的工作應用包括自動駕駛機器人和車輛，以及計算機視覺和圖形。 他的研究包括開發將感知和控制相結合的深度神經網絡策略的端到端訓練算法，用于逆向強化學習的可擴展算法，深度強化學習算法等。 在許多受歡迎的媒體中，包括紐約時報，BBC，麻省理工學院技術評論和彭博社，他的作品都得到了報道。