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arXiv来源发表:

循环网络不必再训练:冻结记忆在延迟256步仍能回忆,可训练参数少一半

导语

在部分可观测强化学习中,把循环记忆模块的权重冻结、只训练输出与混合层,仍能在延迟回忆、离散与连续控制以及像素任务上取得与全量训练相当的控制表现,同时把可训练参数减少一半以上。

Source-provided article image: Does Learning Recurrent Networks Matter in Partially Observable RL?
Figure 2 · arXiv

正文

部分可观测强化学习里的循环记忆模块可以不再训练,只保留随机初始化后的固定权重,智能体依然能完成需要长程记忆的控制任务。 此前的循环智能体把记忆模块与策略或价值函数一起训练,记忆参数本身也是学习目标的一部分。 在延迟回忆任务上,冻结的LRU在延迟到256步时成功率仍为100%,冻结的GRU与可训练GRU一样在延迟128步时达到100%成功率。

做法是把循环单元的参数梯度停掉,让固定的循环网络充当时间特征提取器,只训练它后面的非线性读出与特征混合层。 这一分离来自储备池计算,其中随机初始化的循环网络保持冻结,只有输出映射被学习。 在POPGym的18个设置上,冻结LRU只训练约40%的总参数,最终评估回报0.464,可训练LRU为0.458;冻结GRU只训练约30%的总参数,达到GRU最终回报的88.70%。

冻结记忆还能与可学习的视觉编码器配合,处理以图像为观测的高维部分可观测控制任务。 此前冻结循环网络的研究只在有限的部分可观测环境上评估,未覆盖高维像素观测。 在POPGym Arcade的四个任务上,冻结LRU最终评估回报0.694,可训练LRU为0.624,相对提高11.2%且方差更低;冻结GRU为0.643,保留GRU回报0.676的95.2%。

接下来

报告覆盖的是所评估的部分可观测任务:延迟回忆、POPGym的离散控制、MuJoCo Playground的连续控制以及POPGym Arcade的像素控制,冻结对象是循环单元,读出与特征混合层仍可训练。作者提出后续应做更广的消融、更多基准和更强基线,以更好评估结论的普适性。

作者说明未做大规模穷尽的消融,评估覆盖的基准有限,算力约束也限制了所考虑的基线范围。广义储备池计算的分析依赖特定假设,并在放宽的回声状态条件下成立;随机初始化、优化动力学与有限样本效应会带来额外不确定性,训练后的智能体未必严格满足理论条件。

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