One of the key behavioral characteristics used in neuroscience to determine whether the subject of study -- be it a rodent or a human -- exhibits model-based learning is effective adaptation to local changes in the environment. In reinforcement learning, however, recent work has shown that modern deep model-based reinforcement-learning (MBRL) methods adapt poorly to such changes. An explanation for this mismatch is that MBRL methods are typically designed with sample-efficiency on a single task in mind and the requirements for effective adaptation are substantially higher, both in terms of the learned world model and the planning routine. One particularly challenging requirement is that the learned world model has to be sufficiently accurate throughout relevant parts of the state-space. This is challenging for deep-learning-based world models due to catastrophic forgetting. And while a replay buffer can mitigate the effects of catastrophic forgetting, the traditional first-in-first-out replay buffer precludes effective adaptation due to maintaining stale data. In this work, we show that a conceptually simple variation of this traditional replay buffer is able to overcome this limitation. By removing only samples from the buffer from the local neighbourhood of the newly observed samples, deep world models can be built that maintain their accuracy across the state-space, while also being able to effectively adapt to changes in the reward function. We demonstrate this by applying our replay-buffer variation to a deep version of the classical Dyna method, as well as to recent methods such as PlaNet and DreamerV2, demonstrating that deep model-based methods can adapt effectively as well to local changes in the environment.


翻译:神经科学中用于确定研究主题 -- -- 无论是老鼠还是人类 -- -- 以展览为基础的模型学习是有效适应环境的当地变化。但是,在加强学习方面,最近的工作表明,现代深层次基于模型的强化学习方法(MBRL)适应不到这种变化。这种不匹配的一个解释是,MBRL方法通常设计得在单一任务上具有抽样效率,而有效适应的要求在学习的世界深度模型和规划常规方面都高得多。一个特别具有挑战性的要求是,学习的世界模型必须在整个状态空间的相关部分都足够精确地适应当地的变化。这对于深层次基于学习的世界模型来说具有挑战性,因为灾难性的遗忘。虽然重新发挥缓冲作用可以减轻灾难性的遗忘的影响,但传统的一出一时再放缓冲方法无法有效地适应一个单一的任务,而在这个工作中,从概念上简单易变的这种传统缓冲方法能够克服这一限制。只有从新观察到的地面空间的缓冲区段取样本,才能将样本从本地的缓冲中取出,同时将这种深层的缓冲方法运用到能够使世界的精确度改变。</s>

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