Deep reinforcement learning (DRL) is a promising way to achieve human-like autonomous driving. However, the low sample efficiency and difficulty of designing reward functions for DRL would hinder its applications in practice. In light of this, this paper proposes a novel framework to incorporate human prior knowledge in DRL, in order to improve the sample efficiency and save the effort of designing sophisticated reward functions. Our framework consists of three ingredients, namely expert demonstration, policy derivation, and reinforcement learning. In the expert demonstration step, a human expert demonstrates their execution of the task, and their behaviors are stored as state-action pairs. In the policy derivation step, the imitative expert policy is derived using behavioral cloning and uncertainty estimation relying on the demonstration data. In the reinforcement learning step, the imitative expert policy is utilized to guide the learning of the DRL agent by regularizing the KL divergence between the DRL agent's policy and the imitative expert policy. To validate the proposed method in autonomous driving applications, two simulated urban driving scenarios (unprotected left turn and roundabout) are designed. The strengths of our proposed method are manifested by the training results as our method can not only achieve the best performance but also significantly improve the sample efficiency in comparison with the baseline algorithms (particularly 60\% improvement compared to soft actor-critic). In testing conditions, the agent trained by our method obtains the highest success rate and shows diverse and human-like driving behaviors as demonstrated by the human expert.


翻译:深层强化学习(DRL)是实现人与人相似的自主驱动(DRL)的一个很有希望的方法。然而,低抽样效率和设计DRL奖励功能的难度会妨碍其实际应用。鉴于此,本文件提出一个新的框架,将人类先前的知识纳入DRL,以提高抽样效率,并节省设计复杂奖励功能的努力。我们的框架由三个要素组成,即专家演示、政策制定和强化学习。在专家示范步骤中,一位人类专家展示他们执行任务的情况,他们的行为以州-行动对等形式储存。在政策制定步骤中,模拟专家政策是利用根据演示数据进行的行为克隆和不确定性估算。在强化学习步骤中,模拟专家政策被用来指导DRL代理的学习,通过规范KL代理方政策与模拟专家政策之间的差异。在自主驾驶应用中,为了验证拟议的方法,两种模拟的城市驱动情景(不受保护的左转和转折曲)被储存。在政策制定过程中,我们拟议方法的优势表现是:根据演示数据进行的行为克隆和不确定性估算。在强化学习阶段,将人类行为进行比较时,我们的方法只能通过经过最精确地检验。

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