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強化学習/カリキュラム学習/LLMarXiv:2607.23515

LEACL: LLM強化による長期的操作タスクの強化学習のための自動カリキュラム学習

LEACL: LLM-Enhanced Automatic Curriculum Learning for Reinforcement Learning in Long-Horizon Manipulation Tasks

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大規模言語モデル(LLM)を用いて複雑なタスクをサブタスクに分解し、各サブタスクの仕様を自動生成することで、スパース報酬のみで強化学習を効率的に行う自動カリキュラム学習フレームワークを提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

LEACLは、LLMと自動カリキュラム学習(ACL)を統合したフレームワークで、長期的な操作タスクにおける強化学習を効率化する。LLMを用いてタスクをサブタスクに分解し、各サブタスクのタスク依存仕様を生成することで、ACLアルゴリズムがスパースな報酬のみで学習を進められるようにする。LIBEROベンチマークの5つの長期的操作タスクで評価され、人間が設計した高密度報酬よりも高い成功率を達成した。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

従来のACLはタスクパラメータ空間や難易度指標などのタスク依存仕様を手動で設計する必要があり、多様なタスクへの一般化が難しかった。既存のLLMベースの手法は、各サブタスクの学習に手設計の高密度報酬関数を必要とし、バイアスや人的監督が課題だった。LEACLはLLMがタスク分解と仕様生成の両方を行うことで、高密度報酬設計を不要にし、スパース報酬のみで学習を可能にした点が新しい。

3. 技術・手法の肝は?

LEACLは、LLMを使用してタスクをサブタスクに分解し、各サブタスクのタスク依存仕様(例えば、初期状態分布や目標条件)を自動生成する。これらの仕様はACLアルゴリズムに渡され、エージェントはスパース報酬のみでサブタスクを順に学習する。これにより、手動の報酬設計やタスク固有の調整を排除し、LLMの常識知識を活用した自然なカリキュラム構造を提供する。

4. どうやって有効だと検証した?

LIBEROベンチマークの5つの長期的操作タスクで評価した。比較対象は人間が設計した高密度報酬を用いた学習。結果、LEACLは成功率の漸近性能(asymptotic performance)で優れていた。

5. 議論はある?

要旨からは、LEACLの限界や議論点は明示されていない。ただし、LLMの分解品質や仕様生成の正確性が性能に影響する可能性や、LIBERO以外のタスクや実環境での汎用性については要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

要旨で参照されている研究は、自動カリキュラム学習(ACL)とLLMベースのタスク分解手法。具体的な論文名は不明だが、関連分野として、LLMを用いたタスク分解と強化学習の統合に関する研究や、LIBEROベンチマークの元論文が挙げられる。

※ 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: Faraz Heravi, James Ouyang, Zifan Xu, Arjun Kumar, Yoonchang Sung, Peter Stone

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Long-horizon manipulation tasks pose significant challenges for reinforcement learning due to sparse reward signals and long horizons. Automatic curriculum learning (ACL) has been proposed to tackle these challenges by progressively training agents on a sequence of tasks, from easier to more difficult. However, the success of ACL depends heavily on task-dependent specifications-such as well-defined task parameter spaces and difficulty measures-which are often manually crafted and difficult to generalize across diverse tasks. Recent advances in large language models (LLMs) offer a promising alternative by enabling the decomposition of complex tasks into meaningful subtasks using the LLMs' web-scale common-sense knowledge. This decomposition can provide a natural curriculum structure for efficient learning of long-horizon tasks. However, existing LLM-based methods typically rely on hand-designed dense reward functions to learn each subtask, which can introduce bias and still requires significant human supervision. In this work, we propose LLM-enhanced automatic curriculum learning (LEACL), a framework that integrates LLMs and ACL to address these limitations. Specifically, LLMs are used to both decompose tasks into subtasks and to generate task-dependent specifications for each subtask. These specifications are then used by ACL algorithms to guide learning using only sparse reward signals, eliminating the need for dense reward design. We evaluate LEACL on five long-horizon manipulation tasks from the LIBERO benchmark. LEACL achieves better asymptotic performance in terms of the success rates compared to human-designed dense rewards.

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