While deep reinforcement learning has shown important empirical success, it tends to learn relatively slow due to slow propagation of rewards information and slow update of parametric neural networks. Non-parametric episodic memory, on the other hand, provides a faster learning alternative that does not require representation learning and uses maximum episodic return as state-action values for action selection. Episodic memory and reinforcement learning both have their own strengths and weaknesses. Notably, humans can leverage multiple memory systems concurrently during learning and benefit from all of them. In this work, we propose a method called Two-Memory reinforcement learning agent (2M) that combines episodic memory and reinforcement learning to distill both of their strengths. The 2M agent exploits the speed of the episodic memory part and the optimality and the generalization capacity of the reinforcement learning part to complement each other. Our experiments demonstrate that the 2M agent is more data efficient and outperforms both pure episodic memory and pure reinforcement learning, as well as a state-of-the-art memory-augmented RL agent. Moreover, the proposed approach provides a general framework that can be used to combine any episodic memory agent with other off-policy reinforcement learning algorithms.


翻译:尽管深度强化学习在实证上取得了重要成功,但由于奖励信息传播缓慢和参数化神经网络更新迟缓,其学习速度相对较慢。另一方面,非参数化情景记忆提供了一种更快的替代学习方案,它无需表征学习,而是利用最大情景回报作为状态-动作值来进行动作选择。情景记忆和强化学习各有其优缺点。值得注意的是,人类在学习过程中能够同时利用多个记忆系统,并从所有系统中获益。在这项工作中,我们提出了一种名为双记忆强化学习智能体(2M)的方法,该方法结合了情景记忆和强化学习,融合了两者的优势。2M智能体利用情景记忆部分的速度以及强化学习部分的最优性和泛化能力来相互补充。我们的实验表明,2M智能体具有更高的数据效率,其性能优于纯情景记忆和纯强化学习,以及当前最先进的记忆增强型强化学习智能体。此外,所提出的方法提供了一个通用框架,可用于将任何情景记忆智能体与其他离策略强化学习算法相结合。

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强化学习(RL)是机器学习的一个领域,与软件代理应如何在环境中采取行动以最大化累积奖励的概念有关。除了监督学习和非监督学习外,强化学习是三种基本的机器学习范式之一。 强化学习与监督学习的不同之处在于,不需要呈现带标签的输入/输出对,也不需要显式纠正次优动作。相反,重点是在探索(未知领域)和利用(当前知识)之间找到平衡。 该环境通常以马尔可夫决策过程(MDP)的形式陈述,因为针对这种情况的许多强化学习算法都使用动态编程技术。经典动态规划方法和强化学习算法之间的主要区别在于,后者不假设MDP的确切数学模型,并且针对无法采用精确方法的大型MDP。

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