We study how to synthesize a robust and safe policy for autonomous systems under signal temporal logic (STL) tasks in adversarial settings against unknown dynamic agents. To ensure the worst-case STL satisfaction, we propose STLGame, a framework that models the multi-agent system as a two-player zero-sum game, where the ego agents try to maximize the STL satisfaction and other agents minimize it. STLGame aims to find a Nash equilibrium policy profile, which is the best case in terms of robustness against unseen opponent policies, by using the fictitious self-play (FSP) framework. FSP iteratively converges to a Nash profile, even in games set in continuous state-action spaces. We propose a gradient-based method with differentiable STL formulas, which is crucial in continuous settings to approximate the best responses at each iteration of FSP. We show this key aspect experimentally by comparing with reinforcement learning-based methods to find the best response. Experiments on two standard dynamical system benchmarks, Ackermann steering vehicles and autonomous drones, demonstrate that our converged policy is almost unexploitable and robust to various unseen opponents' policies. All code and additional experimental results can be found on our project website: https://sites.google.com/view/stlgame


翻译:本研究探讨如何在对抗未知动态智能体的环境中,为执行信号时序逻辑(STL)任务的自主系统合成鲁棒且安全的策略。为确保最坏情况下的STL任务满足度,我们提出STLGame框架,将多智能体系统建模为二人零和博弈:己方智能体试图最大化STL满足度,而其他智能体则试图最小化该满足度。通过采用虚拟自博弈框架,STLGame旨在寻找纳什均衡策略组合——这是针对未知对手策略具有最优鲁棒性的策略配置。即使在连续状态-动作空间的博弈设定中,虚拟自博弈仍能迭代收敛至纳什均衡。我们提出基于梯度的可微STL公式计算方法,该方法在连续空间中对逼近虚拟自博弈每轮迭代的最优响应至关重要。通过与基于强化学习的最优响应求解方法进行实验对比,我们验证了这一关键特性。在阿克曼转向车辆和自主无人机两个标准动力学系统基准上的实验表明,我们收敛后的策略几乎无法被利用,且对各类未知对手策略具有强鲁棒性。所有代码及补充实验结果可通过项目网站获取:https://sites.google.com/view/stlgame

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
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
46+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
1+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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Transformers in Remote Sensing: A Survey
Arxiv
25+阅读 · 2022年9月2日
Arxiv
15+阅读 · 2022年1月24日
VIP会员
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
46+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
1+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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员