Group symmetries provide a powerful inductive bias for reinforcement learning (RL), enabling efficient generalization across symmetric states and actions via group-invariant Markov Decision Processes (MDPs). However, real-world environments almost never realize fully group-invariant MDPs; dynamics, actuation limits, and reward design usually break symmetries, often only locally. Under group-invariant Bellman backups for such cases, local symmetry-breaking introduces errors that propagate across the entire state-action space, resulting in global value estimation errors. To address this, we introduce Partially group-Invariant MDP (PI-MDP), which selectively applies group-invariant or standard Bellman backups depending on where symmetry holds. This framework mitigates error propagation from locally broken symmetries while maintaining the benefits of equivariance, thereby enhancing sample efficiency and generalizability. Building on this framework, we present practical RL algorithms -- Partially Equivariant (PE)-DQN for discrete control and PE-SAC for continuous control -- that combine the benefits of equivariance with robustness to symmetry-breaking. Experiments across Grid-World, locomotion, and manipulation benchmarks demonstrate that PE-DQN and PE-SAC significantly outperform baselines, highlighting the importance of selective symmetry exploitation for robust and sample-efficient RL. Project page: https://pranaboy72.github.io/perl_page/


翻译:群对称性为强化学习(RL)提供了强大的归纳偏置,通过群不变马尔可夫决策过程(MDPs)能够高效地泛化至对称的状态与动作。然而,现实环境几乎从未实现完全的群不变MDPs;动力学、驱动限制和奖励设计通常会破坏对称性,且通常仅在局部范围内发生。在此类情况下,若采用群不变的贝尔曼更新,局部对称性破缺会引入误差,这些误差将在整个状态-动作空间中传播,导致全局价值估计错误。为解决这一问题,我们引入了部分群不变MDP(PI-MDP),该框架根据对称性成立的位置,选择性地应用群不变或标准的贝尔曼更新。这一方法在保持等变性优势的同时,减轻了局部对称性破缺导致的误差传播,从而提升了样本效率与泛化能力。基于此框架,我们提出了实用的强化学习算法——用于离散控制的局部等变(PE)-DQN和用于连续控制的PE-SAC——这些算法结合了等变性的优势与对对称性破缺的鲁棒性。在Grid-World、运动控制与操作任务基准测试中的实验表明,PE-DQN和PE-SAC显著优于基线方法,凸显了选择性利用对称性对于实现鲁棒且样本高效的强化学习的重要性。项目页面:https://pranaboy72.github.io/perl_page/

0
下载
关闭预览

相关内容

《强化学习的应用及其在战争战术模拟技术中的扩展》
专知会员服务
27+阅读 · 2025年1月14日
【2024新书】强化学习中利用环境可配置性,377页pdf
专知会员服务
54+阅读 · 2024年2月19日
基于模型的强化学习综述
专知会员服务
48+阅读 · 2023年1月9日
【Texas 大学】强化学习领域的课程学习:一个框架和综述
专知会员服务
73+阅读 · 2020年3月22日
「基于通信的多智能体强化学习」 进展综述
基于模型的强化学习综述
专知
42+阅读 · 2022年7月13日
【MIT博士论文】数据高效强化学习,176页pdf
【强化学习】强化学习/增强学习/再励学习介绍
产业智能官
10+阅读 · 2018年2月23日
【强化学习】强化学习+深度学习=人工智能
产业智能官
55+阅读 · 2017年8月11日
国家自然科学基金
43+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
24+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
0+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
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:35
KDD 2026 | MixRAGRec:面向LLM推荐的混合专家KG-RAG框架
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
14+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关基金
国家自然科学基金
43+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
24+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
0+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
11+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员