[論文サーベイ] Survey on Transformer and Online Reinforcement Learning

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1．Transformers are Sample-Efficient World Models,
RVincent Micheli, Eloi Alonso, François Fleuret, (University of Geneva) [ICLR'23] (Cited by:19)
2．Online Decision Transformer,
Qinqing Zheng, Amy Zhang, Aditya Grover, (Meta AI Research,University of California, Berkeley,University of California, Los Angeles) [ICML'22] (Cited by:52)
3．Masked World Models for Visual Control,
Younggyo Seo,Danijar Hafner,Hao Liu,Fangchen Liu,Stephen James,Kimin Lee,Pieter Abbeel, (KAIST,UC Berkeley,Google Research,University of Toronto) [CoRL'22] (Cited by:19)

Transcript

1. Survey on Transformer and Online Reinforcement Learning Transformers are Sample-Efficient World Models, RVincent Micheli, Eloi Alonso, François Fleuret, (University of Geneva) [ICLR'23] (Cited by:19) Online Decision Transformer, Qinqing Zheng, Amy Zhang, Aditya Grover, (Meta AI Research,University of California, Berkeley,University of California, Los Angeles) [ICML'22] (Cited by:52) Masked World Models for Visual Control, Younggyo Seo,Danijar Hafner,Hao Liu,Fangchen Liu,Stephen James,Kimin Lee,Pieter Abbeel, (KAIST,UC Berkeley,Google Research,University of Toronto) [CoRL'22] (Cited by:19) 1/12 2023/5/24
2. 前提知識 ❏ オンライン強化学習とオフライン強化学習 ❏ オンライン強化学習 ❏ データ収集しながら学習 ❏ 環境とインタラクションする ❏ オフライン強化学習 ❏ 事前に用意されたデータセットから 学習 ❏ 環境とインタラクションしない ❏ 例：ゲーム実況動画からゲームタ スクをクリアする “An Optimistic Perspective on Offline Reinforcement Learning”のWebページより抜粋 2/12
3. 背景 ❏ 強化学習の課題 ❏ 高性能を発揮するが，学習時に多くのデータが必要 ❏ サンプル効率が悪い 3/12 “AGIRobots”より抜粋 ❏ 世界モデル[NIPS’18] ❏ 世界モデル内（想像の中）で方 策を学習 ❏ 十分な回数を試行可能なため サンプル効率が良い
4. TRANSFORMERS ARE SAMPLE-EFFICIENT WORLD MODELS, RVincent Micheli, Eloi Alonso, François Fleuret, (University of Geneva) [ICLR'23] (Cited by:19) 4/12 ❏ 研究目的 ❏ Transformerを応用して高精度な世界モデルを構築 ❏ 得られた世界モデルから高性能なモデルベース強化学習を実現 ❏ 概要 ❏ Discrete autoencoderとTransformerを組み合わせた世界モデルを提 案 ❏ モデルベース強化学習を用いてAtari100kベンチマークで高性能を 発揮
5. TRANSFORMERS ARE SAMPLE-EFFICIENT WORLD MODELS, RVincent Micheli, Eloi Alonso, François Fleuret, (University of Geneva) [ICLR'23] (Cited by:19) 5/12 ❏ 提案する世界モデルの概要 1. エンコーダEが初期フレームx0をトークンz0に変換 2. デコーダDがトークンztを画像xtハットに再構成 3. 方策πが再構成画像xtハットから行動atをサンプリング 4. Transformerが報酬rハット，エピソードの終了dハット，次のトークンzt+1を 予測 ① ② ③ ④
6. TRANSFORMERS ARE SAMPLE-EFFICIENT WORLD MODELS, RVincent Micheli, Eloi Alonso, François Fleuret, (University of Geneva) [ICLR'23] (Cited by:19) 6/12 ❏ 実験結果 ❏ 先読み探索なし ❏ SimPLe,CURL,DrQ,SPR ❏ 先読み探索あり ❏ MuZero,EfficientZero ❏ Frostbiteでは稀な事象があり想 像上で十分に経験できない
7. TRANSFORMERS ARE SAMPLE-EFFICIENT WORLD MODELS, RVincent Micheli, Eloi Alonso, François Fleuret, (University of Geneva) [ICLR'23] (Cited by:19) 7/12 ❏ 世界モデルの性能解析 (Pong,Breakout) ❏ 黄枠：正の報酬を予測するフレーム ❏ 赤枠：エピソード終了を予測するフレーム 実環境の情報 世界モデルの想像結果
8. 8/12 ❏ 概要 ❏ オフラインで事前学習したDecision Transformerに，オンラインでファ インチューニングしたもの Online Decision Transformer, Qinqing Zheng, Amy Zhang, Aditya Grover, (Meta AI Research,University of California, Berkeley,University of California, Los Angeles) [ICML'22] (Cited by:52) ❏ Decision Transformerより多くのタスクで良い性能
9. 9/12 Masked World Models for Visual Control, Younggyo Seo,Danijar Hafner,Hao Liu,Fangchen Liu,Stephen James,Kimin Lee,Pieter Abbeel, (KAIST,UC Berkeley,Google Research,University of Toronto) [CoRL'22] (Cited by:19) ❏ 観測をMasked Autoencoderにより埋め込み ❏ ただし， ❏ パッチを画像直接ではなくConvで埋め込んだあとにパッチ化 ❏ 再構成に加えて，報酬も予測 [Masked Autoencoder]
10. 10/12 Masked World Models for Visual Control, Younggyo Seo,Danijar Hafner,Hao Liu,Fangchen Liu,Stephen James,Kimin Lee,Pieter Abbeel, (KAIST,UC Berkeley,Google Research,University of Toronto) [CoRL'22] (Cited by:19) ❏ 実験結果（Meta-World） ❏ 性能・サンプル効率ともにDreamerV2から改善 小さな物体を扱 うタスク
11. 11/12 Masked World Models for Visual Control, Younggyo Seo,Danijar Hafner,Hao Liu,Fangchen Liu,Stephen James,Kimin Lee,Pieter Abbeel, (KAIST,UC Berkeley,Google Research,University of Toronto) [CoRL'22] (Cited by:19) ❏ Ablation Studies ❏ 75%の特徴量マスクと報酬予測で最高性能 画像直接ではなく特徴量 マスクで性能向上 75%のマスクで最高性能 報酬予測で性能向上
12. まとめ Transformers are Sample-Efficient World Models：Transformerで世界モデル 12/12 Online Decision Transformer：DT+確率的方策＋エントロピー最大化 Masked World Models for Visual Control：画像表現にMAE ❏ 傾向と今後 ❏ 計算負荷の高い困難なタスクを解くようになりそう ❏ 音声などの他のモダリティによる補助的な予測が導入されそう
13. TRANSFORMERS ARE SAMPLE-EFFICIENT WORLD MODELS, RVincent Micheli, Eloi Alonso, François Fleuret, (University of Geneva) [ICLR'23] (Cited by:19) 13/12 ❏ Discrete autoencoder 1. エンコーダE:CNNにより入力画像xtを出力ytに変換 2. デコーダD:CNNデコーダを用いてトークンを画像xハットに再構成 ① ② ③ ④ ❏ Discrete autoencoderの学習 ❏ 収集したフレームデータを使用 ❏ 損失関数：L2　reconstruction,commitment,perceptualを等しく重みづけ
14. TRANSFORMERS ARE SAMPLE-EFFICIENT WORLD MODELS, RVincent Micheli, Eloi Alonso, François Fleuret, (University of Geneva) [ICLR'23] (Cited by:19) 14/12 ❏ Transformer:G ❏ Discrete autoencoderで得たトークンを用いて，潜在空間での状態遷移モデルを学習 ① ② ③ ④ ❏ Transformerの学習： ❏ 損失関数としてTransitionとTerminationには交差エントロピー誤差， Rewardには交差エントロ ピー誤差もしくは平均二乗誤差を使用