Stochastic resetting, where a dynamical process is intermittently returned to a fixed reference state, has emerged as a powerful mechanism for optimizing first-passage properties. Existing theory largely treats static, non-learning processes. Here we ask how stochastic resetting interacts with reinforcement learning, where the underlying dynamics adapt through experience. In tabular grid environments, we find that resetting accelerates policy convergence even when it does not reduce the search time of a purely diffusive agent, indicating a novel mechanism beyond classical first-passage optimization. In a continuous control task with neural-network-based value approximation, we show that random resetting improves deep reinforcement learning when exploration is difficult and rewards are sparse. Unlike temporal discounting, resetting preserves the optimal policy while accelerating convergence by truncating long, uninformative trajectories to enhance value propagation. Our results establish stochastic resetting as a simple, tunable mechanism for accelerating learning, translating a canonical phenomenon of statistical mechanics into an optimization principle for reinforcement learning.


翻译:随机重置作为一种优化首次通过特性的有效机制,其核心思想是使动态过程间歇性地返回固定参考状态。现有理论主要针对静态、非学习过程进行研究。本文探讨随机重置如何与强化学习相互作用——在强化学习中,底层动态通过经验进行自适应调整。在表格化网格环境中,我们发现即使重置不减少纯扩散智能体的搜索时间,它仍能加速策略收敛,这表明其作用机制超越了经典的首次通过优化理论。在基于神经网络价值逼近的连续控制任务中,我们证明当探索难度较大且奖励稀疏时,随机重置能有效改善深度强化学习效果。与时序折扣不同,重置在保持最优策略的同时,通过截断冗长无效轨迹来增强价值传播,从而加速收敛过程。本研究将随机重置确立为一种可调节的简易学习加速机制,将统计力学中的经典现象转化为强化学习的优化原理。

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强化学习(RL)是机器学习的一个领域,与软件代理应如何在环境中采取行动以最大化累积奖励的概念有关。除了监督学习和非监督学习外,强化学习是三种基本的机器学习范式之一。 强化学习与监督学习的不同之处在于,不需要呈现带标签的输入/输出对,也不需要显式纠正次优动作。相反,重点是在探索(未知领域)和利用(当前知识)之间找到平衡。 该环境通常以马尔可夫决策过程(MDP)的形式陈述,因为针对这种情况的许多强化学习算法都使用动态编程技术。经典动态规划方法和强化学习算法之间的主要区别在于,后者不假设MDP的确切数学模型,并且针对无法采用精确方法的大型MDP。

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