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、仓库运营和建筑施工等各类时间敏感型应用的基础。本文针对此类问题中的特定类别——我们称之为MRTA集体运输(MRTA-CT),其中任务具有可变工作负载和截止期限,机器人需满足飞行范围、通信范围和有效载荷限制。对于涉及数百至数千个任务及数十至数百个机器人的大规模问题实例,传统非学习求解器往往时间效率低下,而新兴的基于学习的策略在扩展到更大规模问题时,若不进行代价高昂的重新训练则难以实现良好扩展。为弥补这一不足,我们采用近期提出的编码器-解码器图神经网络(包含胶囊网络与多头注意力机制),并创新性地引入拓扑描述符作为新特征,以提升模型对未见问题(规模相似或更大)的泛化能力。通过持续同调计算拓扑描述符,并采用近端策略优化训练拓扑描述符增强型图神经网络。最终策略模型在保持显著速度优势的同时,性能优于当前最先进非学习基线方法。当扩展至训练集更大规模的测试问题时,拓扑描述符的效用尤为明显。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
124+阅读 · 2020年9月8日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2019年11月14日
Efficiently Embedding Dynamic Knowledge Graphs
Arxiv
14+阅读 · 2019年10月15日
A Multi-Objective Deep Reinforcement Learning Framework
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
19篇ICML2019论文摘录选读!
专知
28+阅读 · 2019年4月28日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员