Efficient multi-robot task allocation (MRTA) is fundamental to various time-sensitive applications such as disaster response, warehouse operations, and construction. This paper tackles a particular class of these problems that we call MRTA-collective transport or MRTA-CT -- here tasks present varying workloads and deadlines, and robots are subject to flight range, communication range, and payload constraints. For large instances of these problems involving 100s-1000's of tasks and 10s-100s of robots, traditional non-learning solvers are often time-inefficient, and emerging learning-based policies do not scale well to larger-sized problems without costly retraining. To address this gap, we use a recently proposed encoder-decoder graph neural network involving Capsule networks and multi-head attention mechanism, and innovatively add topological descriptors (TD) as new features to improve transferability to unseen problems of similar and larger size. Persistent homology is used to derive the TD, and proximal policy optimization is used to train our TD-augmented graph neural network. The resulting policy model compares favorably to state-of-the-art non-learning baselines while being much faster. The benefit of using TD is readily evident when scaling to test problems of size larger than those used in training.


翻译:高效的多机器人任务分配(MRTA)是灾害响应、仓储作业和建筑施工等多种时间敏感应用的基础。本文针对一类特殊问题——MRTA集体运输(MRTA-CT)展开研究:在此类问题中,任务具有不同的工作负载和截止时间,而机器人需满足飞行距离、通信距离和有效载荷等约束条件。对于涉及成百上千个任务和数十至数百个机器人的大规模问题实例,传统非学习型求解器往往时间效率低下,而新兴的基于学习的策略若不进行代价高昂的再训练,则难以有效扩展至更大规模问题。为弥补这一不足,我们采用近期提出的、结合胶囊网络与多头注意力机制的编码器-解码器图神经网络,并创新性地引入拓扑描述符(TD)作为新特征,以提升对未见过的相似及更大规模问题的迁移能力。通过持续同调推导拓扑描述符,并采用近端策略优化训练经拓扑描述符增强的图神经网络。由此得到的策略模型在保持更高运算速度的同时,性能优于最先进的非学习基线方法。当扩展至大于训练规模的问题实例进行测试时,拓扑描述符的优势尤为显著。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:23
《反无人机系统传感器融合》90页报告
专知会员服务
4+阅读 · 今天14:57
运用人工智能与卫星通信驱散“战争迷雾”
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:45
ACL 2026 | LLMSurgeon:从生成文本诊断大模型训练数据
【综述】世界模型:架构、方法、推理与应用全景
综述 | OPSD:大语言模型的在线策略自蒸馏
专知会员服务
4+阅读 · 6月1日
帕兰蒂尔Maven:军事人工智能的新纪元
专知会员服务
8+阅读 · 6月1日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员