We tackle the challenge of rapidly adapting an agent's behavior to solve spatiotemporally continuous problems in novel settings. Animals exhibit extraordinary abilities to adapt to new contexts, a capacity unmatched by artificial systems. Instead of focusing on generalization through deep reinforcement learning, we propose viewing behavior as the physical manifestation of a search procedure, where robust problem-solving emerges from an exhaustive search across all possible behaviors. Surprisingly, this can be done efficiently using online modification of a cognitive graph that guides action, challenging the predominant view that exhaustive search in continuous spaces is impractical. We describe an algorithm that implicitly enumerates behaviors by regulating the tight feedback loop between execution of behaviors and mutation of the graph, and provide a neural implementation based on Hebbian learning and a novel high-dimensional harmonic representation inspired by entorhinal cortex. By framing behavior as search, we provide a mathematically simple and biologically plausible model for real-time behavioral adaptation, successfully solving a variety of continuous state-space navigation problems. This framework not only offers a flexible neural substrate for other applications but also presents a powerful paradigm for understanding adaptive behavior. Our results suggest potential advancements in developmental learning and unsupervised skill acquisition, paving the way for autonomous robots to master complex skills in data-sparse environments demanding flexibility.


翻译:我们致力于解决智能体快速适应行为以解决新颖环境中时空连续问题的挑战。动物展现出适应新情境的非凡能力,这种能力目前人工系统尚无法企及。不同于通过深度强化学习实现泛化的传统思路,我们提出将行为视为搜索过程的物理表征,其中鲁棒的问题解决能力源于对所有可能行为的穷举搜索。令人惊讶的是,通过在线修改指导动作的认知图谱,这一过程可以高效实现,这对"连续空间穷举搜索不可行"的主流观点提出了挑战。我们描述了一种通过调节行为执行与图谱变异之间的紧密反馈回路来隐式枚举行为的算法,并提供了基于赫布学习与新型高维调和表征的神经实现方案(该表征灵感来源于内嗅皮层)。通过将行为框架构建为搜索过程,我们为实时行为适应提供了数学简洁且生物学合理的模型,成功解决了多种连续状态空间导航问题。该框架不仅为其他应用提供了灵活的神经基础,也为理解适应性行为提供了强大的范式。我们的研究结果表明,该方法在发育式学习与无监督技能获取方面具有推进潜力,为自主机器人在需要高度灵活性的数据稀疏环境中掌握复杂技能开辟了新路径。

0
下载
关闭预览

相关内容

让 iOS 8 和 OS X Yosemite 无缝切换的一个新特性。 > Apple products have always been designed to work together beautifully. But now they may really surprise you. With iOS 8 and OS X Yosemite, you’ll be able to do more wonderful things than ever before.

Source: Apple - iOS 8
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
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
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
Arxiv
0+阅读 · 2024年11月6日
Arxiv
30+阅读 · 2022年9月10日
Arxiv
49+阅读 · 2020年12月16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
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