强化学习快速入门与实战
H 博士 & 袁从德
AI 资深研究员、AI 创业公司 CTO
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强化学习快速入门与实战
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14|强化学习前沿:从模仿学习到逆向强化学习

你好!欢迎来到强化学习的第十四讲。在前几讲中,我们学习的强化学习算法大多依赖“人工定义奖励函数”这一前提,但在自动驾驶、机器人复杂操作等实际场景中,精确量化“好的行为”(比如如何定义驾驶的“安全性”“效率”)往往异常困难,甚至无法实现。而模仿学习与逆向强化学习,正是为突破“奖励函数设计困境”而生的前沿方向——它们不依赖人工设定的奖励,而是从人类专家的示范行为中学习策略或反推奖励,为复杂任务的智能体训练提供了全新思路。
通过本节课的学习,你将能够:
理解模仿学习的核心逻辑:为何行为克隆能像监督学习一样直接“复制”专家动作,以及数据集聚合(DAgger)如何解决其“状态分布偏移”问题。
掌握逆向强化学习(Inverse Reinforcement Learning,IRL)的关键思路:如何从专家轨迹中反推潜在奖励函数,以及最大熵 IRL、引导成本学习(GCL)等方法的实现逻辑。
清晰区分两种方法的联系与差异:明确二者在“数据依赖”“学习路径”“环境交互需求”上的核心不同,以及在自动驾驶、机器人控制等场景中的适配性。

一、模仿学习(Imitation Learning)

在我们之前介绍的 RL 中,通常需要大量的试错,并且对奖励函数的设计有很高的要求。但在某些实际应用场景中,显式地定义奖励函数非常困难,甚至不可能。比如,让机器人学习人类的驾驶行为,很难用一个精确的奖励函数来描述“好的驾驶行为”,因为涉及很多复杂因素,比如安全、效率、法规遵守,还有人类驾驶员的经验判断,这些很难量化。
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1. 模仿学习和逆向强化学习是强化学习的前沿方向,提供了新的思路,不依赖人工设定的奖励函数,而是从人类专家的示范行为中学习策略或反推奖励。 2. 逆向强化学习的关键思路是从专家轨迹中反推潜在奖励函数,为解决状态空间中不存在显式的奖励的问题提供了应用。 3. 数据集聚合方法(DAgger)是为解决模仿学习中智能体遇到专家示范中未出现的状态时不知所措的问题提出的经典方法。 4. 逆向强化学习提供了内在奖励的理论基础,突破了传统强化学习对外在奖励的依赖,适用于更广泛的开放问题场景。 5. 模仿引导强化学习(IBRL)结合了模仿学习和强化学习,为机器人学习领域带来了全新的解法。 6. 未来发展方向包括将模仿学习、逆向强化学习与监督学习、无监督学习、迁移学习等范式深度结合,以及借鉴认知科学对人类学习、决策与推理机制的研究成果。 7. 大规模分布式训练是强化学习发展的重要方向,可以整合海量专家示范数据与多样化环境模拟资源,训练出更强大、更通用的智能体模型. 8. 强化学习的优化需要聚焦于“领域深耕”与“能力泛化”的双向突破,以及针对性解决智能体发展中的核心痛点,如训练效能、基础模型与自我迭代的关键难题.

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