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模倣学習/オフライン強化学習arXiv:2510.19495

非専門家データを活用したオフライン強化学習による模倣学習のロバスト化

Using Non-Expert Data to Robustify Imitation Learning via Offline Reinforcement Learning

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非専門家データ(プレイデータや不完全なデモ)をオフライン強化学習で活用し、模倣学習ポリシーの回復性と汎化性能を高める手法を提案。

詳しい要約

1. どんなもの?

- ロボットの模倣学習(imitation learning)を、非専門家データ(non-expert data)で頑健化する手法の研究。 - 非専門家データとして play data、suboptimal demonstrations、partial task completions、suboptimal policies からの rollouts を想定。 - offline reinforcement learning(offline RL)を道具として用い、imitation learning ポリシーの性能向上を狙う。 - 実世界で典型的な sparse data coverage 設定下での課題に対処する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の imitation learning は高品質でタスク固有の専門家データに依存し、多様な物体配置や状況への適応が制限されていた。 - 非専門家データはカバレッジが広く収集コストも低いが、従来の imitation learning では有効活用できなかった。 - 標準的な offline RL も、実世界で見られる sparse data coverage 設定では非専門家データを活用しきれないことを示す。 - 大きな追加仮定なしの単純なアルゴリズム修正で、このデータを活用可能にする点が新規。

3. 技術・手法の肝は?

- offline RL を imitation learning に組み合わせ、非専門家データを活用する設計を提案。 - 標準 offline RL が効かない sparse coverage 設定に対し、単純なアルゴリズム修正を加える。 - ポリシー分布の support を広げる(broadening the support of the policy distribution)ことが鍵。 - これにより imitation アルゴリズムが offline RL で拡張され、recovery と generalization の挙動が改善。

4. どうやって有効だと検証した?

- manipulation tasks において評価を実施。 - 非専門家データを組み込むことで、学習ポリシーが成功する初期条件の範囲が大幅に増加することを示す。 - partial または suboptimal な demonstrations を含む、収集した全データを活用し、タスク指向ポリシーの性能を高められることを示す。 - 具体的なベースラインや指標の詳細は要旨からは不明。

5. 議論はある?

- 実世界で典型的な sparse data coverage 設定では標準 offline RL が非専門家データを実際には活用しにくい点を議論。 - 追加の大きな仮定なしに単純な修正でデータ活用が可能になることを主張。 - ポリシー分布の support 拡大が robust な recovery と generalization に寄与する点を議論。 - ロボティクスにおける robust なポリシー学習には非専門家データ活用のアルゴリズム技術が重要と結論。 - 限界や失敗事例の詳細は要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で直接参照・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 imitation learning(behavior cloning 等の一般名)、offline reinforcement learning、suboptimal demonstrations を用いる研究を挙げる。 - 提案プロジェクトの Website(RISE-offline)で参照文献を確認するのが有用。 - 同分野の定番として CQL や IQL など offline RL の代表的手法、および play data を用いるロボット学習研究を次に読む候補とする。

※ 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: Kevin Huang, Rosario Scalise, Cleah Winston, Ayush Agrawal, Yunchu Zhang, Rohan Baijal, Markus Grotz, Byron Boots, Benjamin Burchfiel, Masha Itkina, Paarth Shah, Abhishek Gupta

分類: cs.RO, cs.AI, cs.LG

原文アブストラクト

Imitation learning has proven effective for training robots to perform complex tasks from expert human demonstrations. However, it remains limited by its reliance on high-quality, task-specific data, restricting adaptability to the diverse range of real-world object configurations and scenarios. In contrast, non-expert data -- such as play data, suboptimal demonstrations, partial task completions, or rollouts from suboptimal policies -- can offer broader coverage and lower collection costs. However, conventional imitation learning approaches fail to utilize this data effectively. To address these challenges, we posit that with right design decisions, offline reinforcement learning can be used as a tool to harness non-expert data to enhance the performance of imitation learning policies. We show that while standard offline RL approaches can be ineffective at actually leveraging non-expert data under the sparse data coverage settings typically encountered in the real world, simple algorithmic modifications can allow for the utilization of this data, without significant additional assumptions. Our approach shows that broadening the support of the policy distribution can allow imitation algorithms augmented by offline RL to solve tasks robustly, showing considerably enhanced recovery and generalization behavior. In manipulation tasks, these innovations significantly increase the range of initial conditions where learned policies are successful when non-expert data is incorporated. Moreover, we show that these methods are able to leverage all collected data, including partial or suboptimal demonstrations, to bolster task-directed policy performance. This underscores the importance of algorithmic techniques for using non-expert data for robust policy learning in robotics. Website: https://uwrobotlearning.github.io/RISE-offline/

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