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強化学習arXiv:2605.13013

JEDI: オンライン強化学習のための統合埋め込み拡散世界モデル

JEDI: Joint Embedding Diffusion World Model for Online Model-Based Reinforcement Learning

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拡散世界モデルをオンライン強化学習に適用し、JEPAフレームワークを用いて潜在空間を拡散ノイズ除去損失から直接学習する新しい手法を提案。再構成や事前学習モデルに頼らず、将来の潜在表現を予測することで、効率性と性能を両立する。

詳しい要約

1. どんなもの?

- オンラインのmodel-based reinforcement learning (MBRL) のための、初のend-to-endなlatent diffusion world modelであるJEDIを提案。 - JEPAフレームワークとdiffusion denoising lossを組み合わせ、潜在空間を直接学習する。 - 再構成や事前学習モデルに依存せず、未来の潜在をdenoisingで予測する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来のpixel diffusionは高性能だが計算コストが高い。 - 最新のlatent diffusionは効率的だが性能が劣り、別々に訓練された潜在に依存。 - JEDIはend-to-endで潜在を学習し、Atari100kで競争力があり、別々に訓練された潜在のベースラインを上回る。 - pixel diffusionベースラインと比べ、VRAM使用量が43%削減、world-modelサンプリングが3倍以上高速、訓練が2.5倍高速。

3. 技術・手法の肝は?

- JEPAフレームワーク内でdiffusion denoising lossから直接潜在空間を学習。 - 再構成や事前学習モデルに頼らず、denoisingを用いて未来の潜在を学習・予測。 - 理論的動機として、従来のJEPA目的が予測情報ボトルネックを誘導し、条件付きdiffusion denoisingが関連する予測圧縮分解を許容することを示す。

4. どうやって有効だと検証した?

- Atari100kで評価し、競争力があることを確認。 - 直接比較可能な別々に訓練された潜在のベースラインを上回る。 - pixel diffusionベースラインと比較して、VRAM使用量、サンプリング速度、訓練速度の改善を定量的に示す。 - タスクレベルの性能プロファイルがpixelベースラインと著しく異なることを示す。

5. 議論はある?

- end-to-endの予測潜在が計算量だけでなく性能プロファイルを変える可能性を示唆。 - 理論的には予測情報ボトルネックと予測圧縮分解の関連を議論。 - 具体的な限界や課題については要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- JEPA-style predictive representation learning - pixel diffusion world models - latent diffusion world models - model-based reinforcement learning (MBRL) - Atari100kベンチマーク

※ 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: Jing Yu Lim, Rushi Shah, Zarif Ikram, Samson Yu, Haozhe Ma, Tze-Yun Leong, Dianbo Liu

分類: cs.LG

原文アブストラクト

Diffusion world models have recently become competitive for online model-based reinforcement learning, but current approaches expose a tension: pixel diffusion is effective but computationally expensive while the latest latent diffusion approach improves efficiency yet performs subpar. The latter also relies on separately trained latents rather than the end-to-end world-model objectives that have driven much of modern MBRL progress. In particular, JEPA-style predictive representation learning has emerged as an especially promising direction for world modeling and MBRL. Concurrently, diffusion-style objectives have gained traction across multiple domains, with iterative refinement as a promising approach for multimodal and stochastic targets. Taken together, these trends motivate Joint Embedding DIffusion (JEDI), the first online end-to-end latent diffusion world model. JEDI learns its latent space directly from the diffusion denoising loss with a JEPA framework, using denoising to learn and predict future latents rather than relying on reconstruction and pretrained models. We provide a theoretical motivation showing that conventional JEPA objectives induce a predictive information bottleneck, and that conditional diffusion denoising admits a closely related predictive-compression decomposition. Empirically, JEDI is competitive on Atari100k and outperforms the baseline with seperately trained latents where directly comparable. Relative to the pixel diffusion baseline, JEDI uses 43% less VRAM, over 3$\times$ faster world-model sampling, and 2.5$\times$ faster training. JEDI also exhibits a markedly different task-level performance profile from the pixel baseline, suggesting that end-to-end predictive latents change more than compute alone.

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