In model-based reinforcement learning (MBRL), most algorithms rely on simulating trajectories from one-step dynamics models learned on data. A critical challenge of this approach is the compounding of one-step prediction errors as length of the trajectory grows. In this paper we tackle this issue by using a multi-timestep objective to train one-step models. Our objective is a weighted sum of a loss function (e.g., negative log-likelihood) at various future horizons. We explore and test a range of weights profiles. We find that exponentially decaying weights lead to models that significantly improve the long-horizon R2 score. This improvement is particularly noticeable when the models were evaluated on noisy data. Finally, using a soft actor-critic (SAC) agent in pure batch reinforcement learning (RL) and iterated batch RL scenarios, we found that our multi-timestep models outperform or match standard one-step models. This was especially evident in a noisy variant of the considered environment, highlighting the potential of our approach in real-world applications.


翻译:在基于模型的强化学习(MBRL)中,大多数算法依赖于从数据中学习的一步动力学模型模拟轨迹。该方法的一个关键挑战是:随着轨迹长度增长,一步预测误差会逐步累积。本文通过采用多时间步目标训练一步模型来解决这一问题。我们的目标函数是不同未来时间步长上损失函数(如负对数似然)的加权和。我们探索并测试了一系列权重分布,发现指数衰减权重能够显著提升模型的长时域R²分数。当模型在噪声数据上评估时,这种改进尤为明显。最后,通过在纯批处理强化学习(RL)和迭代批处理RL场景中使用软演员-评论家(SAC)智能体,我们发现多时间步模型的性能优于或持平于标准的一步模型。在考虑环境的噪声变体中,这一优势尤为突出,凸显了该方法在现实应用中的潜力。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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