PIPPS:カオスの呪いに対抗する柔軟なモデルベース方策探索
PIPPS: Flexible Model-Based Policy Search Robust to the Curse of Chaos
非線形計算の連鎖が引き起こすカオス的な勾配問題を解析し、再パラメータ化勾配の脆弱性を示した上で、尤度比勾配を活用した柔軟なモデルベース方策探索フレームワークPIPPSと、全経路微分を効率的に統合するtotal propagationアルゴリズムを提案した。
著者: Paavo Parmas, Carl Edward Rasmussen, Jan Peters, Kenji Doya
分類: cs.LG, cs.AI, cs.RO, stat.ML
原文アブストラクト
Previously, the exploding gradient problem has been explained to be central in deep learning and model-based reinforcement learning, because it causes numerical issues and instability in optimization. Our experiments in model-based reinforcement learning imply that the problem is not just a numerical issue, but it may be caused by a fundamental chaos-like nature of long chains of nonlinear computations. Not only do the magnitudes of the gradients become large, the direction of the gradients becomes essentially random. We show that reparameterization gradients suffer from the problem, while likelihood ratio gradients are robust. Using our insights, we develop a model-based policy search framework, Probabilistic Inference for Particle-Based Policy Search (PIPPS), which is easily extensible, and allows for almost arbitrary models and policies, while simultaneously matching the performance of previous data-efficient learning algorithms. Finally, we invent the total propagation algorithm, which efficiently computes a union over all pathwise derivative depths during a single backwards pass, automatically giving greater weight to estimators with lower variance, sometimes improving over reparameterization gradients by $10^6$ times.
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