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強化学習/報酬設計arXiv:2509.26627

TimeRewarder:受動的動画からフレーム間時間距離で密報酬を学習

TimeRewarder: Learning Dense Reward from Passive Videos via Frame-wise Temporal Distance

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フレーム間の時間距離をモデル化し、ロボット実演や人間動画からタスク進捗を推定して強化学習の密報酬を生成する手法を提案。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 強化学習(RL)向けの dense reward を passive video から学習する手法 TimeRewarder の提案 - robot demonstrations や human videos などの受動的動画を利用 - フレームペア間の temporal distance をモデル化し、task progress を推定 - 推定された progress を step-wise proxy reward として RL に供給 - 人手による dense reward 設計の代替を目指す

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の dense reward 設計は人手コストが大きくスケールしない - 先行手法と比較して最終 success rate と sample efficiency の両方で優位 - 人手で設計された environment dense reward をも上回ったと報告 - 10 の Meta-World タスク中 9 でほぼ完全な成功を達成 - タスクあたり 200,000 環境相互作用のみで達成

3. 技術・手法の肝は?

- フレームペア間の temporal distance を学習する reward learning 手法 - 動画から task progress を推定する信号を導出 - 推定 progress を step-wise proxy reward に変換して RL を誘導 - passive video(robot demonstrations, human videos)を入力に利用 - 詳細なアーキテクチャや学習目的は要旨からは不明

4. どうやって有効だと検証した?

- Meta-World の 10 の難タスクで包括的に実験 - sparse-reward タスクの RL を大幅改善し 9/10 でほぼ完全成功 - タスクあたり 200,000 環境相互作用で達成 - 先行手法および手設計の environment dense reward と比較 - 実世界 human videos での pretraining の活用も示す

5. 議論はある?

- 多様な動画源から豊富な reward 信号を得るスケーラブルな可能性を主張 - 実世界 human videos を pretraining に活用できることを示唆 - 限界や失敗ケース、仮定の詳細は要旨からは不明 - 10 タスク中 1 タスクは完全成功に至らず、その要因は要旨からは不明

6. 次に読むべき論文は?

- Meta-World(sparse-reward ベンチマーク) - 比較対象の previous methods(個別名は要旨からは不明) - 手設計の environment dense reward を用いる従来 RL 研究 - robot demonstrations を用いる reward learning 関連研究 - human videos を用いる imitation / reward 学習研究

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Yuyang Liu, Chuan Wen, Yihang Hu, Dinesh Jayaraman, Yang Gao

分類: cs.AI, cs.LG, cs.RO

原文アブストラクト

Designing dense rewards is crucial for reinforcement learning (RL), yet in robotics it often demands extensive manual effort and lacks scalability. One promising solution is to view task progress as a dense reward signal, as it quantifies the degree to which actions advance the system toward task completion over time. We present TimeRewarder, a simple yet effective reward learning method that derives progress estimation signals from passive videos, including robot demonstrations and human videos, by modeling temporal distances between frame pairs. We then demonstrate how TimeRewarder can supply step-wise proxy rewards to guide reinforcement learning. In our comprehensive experiments on ten challenging Meta-World tasks, we show that TimeRewarder dramatically improves RL for sparse-reward tasks, achieving nearly perfect success in 9/10 tasks with only 200,000 environment interactions per task. This approach outperformed previous methods and even the manually designed environment dense reward on both the final success rate and sample efficiency. Moreover, we show that TimeRewarder pretraining can exploit real-world human videos, highlighting its potential as a scalable approach to rich reward signals from diverse video sources.

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