This paper investigates how representation learning can enable optimal control in unknown and complex dynamics, such as chaotic and non-linear systems, without relying on prior domain knowledge of the dynamics. The core idea is to establish an equivariant geometry that is diffeomorphic to the manifold defined by a dynamical system and to perform optimal control within this corresponding geometry, which is a non-trivial task. To address this challenge, Koopman Embed to Equivariant Control (KEEC) is introduced for model learning and control. Inspired by Lie theory, KEEC begins by learning a non-linear dynamical system defined on a manifold and embedding trajectories into a Lie group. Subsequently, KEEC formulates an equivariant value function equation in reinforcement learning on the equivariant geometry, ensuring an invariant effect as the value function on the original manifold. By deriving analytical-form optimal actions on the equivariant value function, KEEC theoretically achieves quadratic convergence for the optimal equivariant value function by leveraging the differential information on the equivariant geometry. The effectiveness of KEEC is demonstrated in challenging dynamical systems, including chaotic ones like Lorenz-63. Notably, our findings indicate that isometric and isomorphic loss functions, ensuring the compactness and smoothness of geometry, outperform loss functions without these properties.


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