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強化学習arXiv:2510.05996

情報理論的エンパワーメントによる方策の事前学習

Information-Theoretic Policy Pre-Training with Empowerment

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割引エンパワーメントを導入し、それを最大化する方策を事前学習に用いることで、下流タスクへの適応をデータ効率的にする手法を提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 強化学習(RL)における情報理論的指標である Empowerment を、下流タスクへの適応のための事前学習信号として用いる研究。 - 従来の Empowerment を拡張した discounted empowerment を導入し、短期・長期の時間軸にわたる環境への制御のバランスを取る。 - この定式化に基づき、discounted empowerment を最大化するように policy を初期化する新しい事前学習パラダイムを提案。 - エージェントが環境ダイナミクスの堅牢な理解を獲得することを狙う。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- Empowerment はこれまで主に intrinsic motivation や探索、unsupervised RL、skill learning の枠組みとして使われてきた。 - 一方、Empowerment を事前学習信号として使うことには文献上あまり注目されていなかった。 - 本研究は Empowerment を事前学習信号として位置づけ、data-efficient な下流タスク適応を可能にする点を示す。 - discounted empowerment の導入により、短期・長期の時間軸をまたいだ制御のバランスを扱える点が従来と異なる。

3. 技術・手法の肝は?

- 情報理論的指標 Empowerment を拡張した discounted empowerment を定義する。 - この指標はエージェントの環境への制御を短期・長期の時間軸にわたってバランスさせる。 - discounted empowerment を最大化するように policy を初期化する事前学習パラダイムを提案。 - これによりエージェントは環境ダイナミクスについての堅牢な理解を獲得する。 - 既存の複数の RL アルゴリズムに対して Empowerment ベースの事前学習を分析する。

4. どうやって有効だと検証した?

- 複数の既存 RL アルゴリズムに対して Empowerment ベースの事前学習を分析。 - 実験的に、汎用的な初期化戦略としての可能性を実証。 - 長い horizon を持つ Empowerment 最大化 policy が data-efficient かつ効果的であることを示す。 - 下流タスクにおける適応性の改善を確認。 - 具体的なベンチマーク名やデータセット名は要旨からは不明。

5. 議論はある?

- 本研究の知見は、このフレームワークを高次元・複雑なタスクへスケールする将来研究への道を開くものと位置づけられている。 - 長い horizon の Empowerment 最大化 policy が有効である一方、その他の設定や限界についての詳細は要旨からは不明。 - 高次元・複雑タスクへのスケーリングは今後の課題として言及されている。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照・比較されている個別研究は明示されていない。 - 関連手法として、Empowerment を intrinsic motivation や探索に用いる研究、unsupervised RL、skill learning の文献が挙げられる。 - 同分野の定番として、RL における事前学習・初期化に関する研究や、情報理論的 RL の一般的な手法を参照するとよい。 - 具体的な論文名は要旨からは不明。

※ 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: Moritz Schneider, Robert Krug, Narunas Vaskevicius, Luigi Palmieri, Michael Volpp, Joschka Boedecker

分類: cs.AI, cs.IT, cs.LG, cs.RO, math.IT

原文アブストラクト

Empowerment, an information-theoretic measure of an agent's potential influence on its environment, has emerged as a powerful intrinsic motivation and exploration framework for reinforcement learning (RL). Besides for unsupervised RL and skill learning algorithms, the specific use of empowerment as a pre-training signal has received limited attention in the literature. We show that empowerment can be used as a pre-training signal for data-efficient downstream task adaptation. For this we extend the traditional notion of empowerment by introducing discounted empowerment, which balances the agent's control over the environment across short- and long-term horizons. Leveraging this formulation, we propose a novel pre-training paradigm that initializes policies to maximize discounted empowerment, enabling agents to acquire a robust understanding of environmental dynamics. We analyze empowerment-based pre-training for various existing RL algorithms and empirically demonstrate its potential as a general-purpose initialization strategy: empowerment-maximizing policies with long horizons are data-efficient and effective, leading to improved adaptability in downstream tasks. Our findings pave the way for future research to scale this framework to high-dimensional and complex tasks, further advancing the field of RL.

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