Active Inference and Reinforcement Learning: A Unified Inference on Continuous State and Action Spaces Under Partial Observability
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Notice bibliographique
Résumé
Reinforcement learning (RL) has garnered significant attention for developing decision-making agents that aim to maximize rewards, specified by an external supervisor, within fully observable environments. However, many real-world problems involve partial or noisy observations, where agents cannot access complete and accurate information about the environment. These problems are commonly formulated as partially observable Markov decision processes (POMDPs). Previous studies have tackled RL in POMDPs by either incorporating the memory of past actions and observations or by inferring the true state of the environment from observed data. Nevertheless, aggregating observations and actions over time becomes impractical in problems with large decision-making time horizons and high-dimensional spaces. Furthermore, inference-based RL approaches often require many environmental samples to perform well, as they focus solely on reward maximization and neglect uncertainty in the inferred state. Active inference (AIF) is a framework naturally formulated in POMDPs and directs agents to select actions by minimizing a function called expected free energy (EFE). This supplies reward-maximizing (or exploitative) behavior, as in RL, with information-seeking (or exploratory) behavior. Despite this exploratory behavior of AIF, its use is limited to problems with small time horizons and discrete spaces due to the computational challenges associated with EFE. In this article, we propose a unified principle that establishes a theoretical connection between AIF and RL, enabling seamless integration of these two approaches and overcoming their limitations in continuous space POMDP settings. We substantiate our findings with rigorous theoretical analysis, providing novel perspectives for using AIF in designing and implementing artificial agents. Experimental results demonstrate the superior learning capabilities of our method compared to other alternative RL approaches in solving partially observable tasks with continuous spaces. Notably, our approach harnesses information-seeking exploration, enabling it to effectively solve reward-free problems and rendering explicit task reward design by an external supervisor optional.
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Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle