開源啦：連DeepMind也捉急的遊戲，OpenAI給你攻破第一關的高分演算法

圓栗子 發自 凹非寺

量子位 出品 | 公眾號 QbitAI

寫作「很好奇」，讀作「不怕死」。

佛系操作

打遊戲的時候，有些平淡的操作，還沒執行就看得到結果。

比如玩馬里奧，可以不去踩敵人，一路往前跳。

可是，沒試過怎麼知道，哪些敵人可以踩？

一扇門，不推開怎麼知道裡面是什麼？

就是死，也要進去看一眼 (來自山下智博)

人類玩家有好奇心，大概AI也要有好奇心比較好。

OpenAI想要鼓勵強化學習AI，去探索未知的世界，不要局限在已知的舒適區。

於是，團隊推出了一種方法，叫做「隨機網路蒸餾 (Random Network Distillation,RND) 」，專註培養AI的好奇心：隱藏房間什麼的，只有好奇的AI才能發現。

當然，這方法不止用來打馬里奧，不然就屈才了。

蒙特祖瑪的復仇

用RND加持的演算法打蒙特祖瑪的復仇(最難的雅達利遊戲，可稱強化學習AI的噩夢)，智能體逃出了第一關的全部24個房間，成績遠遠超過人類的平均分數 (4.7k) ，以及現有最前沿的演算法。

鼓勵探索，當然是用高額獎勵

RND是一種基於預測的方法。

給每一個備選的動作，預測一下結果：

如果，結果非常容易預測，獎勵分就偏低。

結果越難預測，就表示越「未知」，獎勵分也越高。

第一次離開家，並不知道外面的危險 (還是來自山下智博)

重賞之下，AI探索新世界的意願就會更強了。

不過，預測結果有個難點，叫做嘈雜電視問題 (Noisy-TV Problem) ：

舉個栗子，在一個迷宮遊戲里，擺一台「電視」，播放隨機頻道。

走到電視裡面前，智能體就停下來不走了。

一旦沒有了「電視」，智能體又能正常玩耍了。

是預測受到了干擾。

為了避免這樣的干擾，團隊定義了預測誤差的三個因素：

一號因素，預測誤差很高，預測器無法從之前看到的例子中泛化。後面的經歷會受到高預測誤差的影像。

二號因素，預測誤差很高，因為預測目標是隨機 (Stochastic) 的。

三號因素，預測誤差很高，因為缺少必要信息，或者預測器模型的局限性太大，無法適應複雜的目標函數。

OpenAI團隊判斷，一號是必要的，因為它把新穎程度量化了，二號和三號則需要竭力避免。

RND就是為了避免這兩個因素，而誕生的探索獎。

上圖是傳統預測和RND預測的對比。

避免二號因素，就要讓神經網路給出確定性的答案，而不是給出多個答案和它們各自的可能性；

避免三號因素，就要選擇和目標網路相同的架構。

對蒙特祖瑪的復仇來說，這樣特殊的獎勵機制尤其必要：

如果是一般的遊戲，簡單的探索策略就夠用了，但蒙特祖瑪裡面，除了拿到鑰匙有獎勵、碰到骷髏會死之外，其餘都是0，AI很難感受到遊戲規則，也不易學到有用的經驗。

加重探索獎，才能讓AI更加理解遊戲。

團隊表示，RND不止蒙特祖瑪的復仇適用，馬里奧等等其他遊戲也適用。以及，越過遊戲範疇，更加廣泛的強化學習AI也都可以用這個方法，讓智能體對新鮮事物更好奇。

好奇的寶寶成績好

從最簡單的雅達利打磚塊開始觀察。

磚塊排列發生變化，獎勵就會達到峰值

內在獎勵，指探索獎；

外在獎勵，指遊戲中直接體現的獎勵，如遊戲分值。

每當智能體打下一塊磚，磚塊有了新的排列格式，內在獎勵就會達到峰值 (訓練伊始) 。

當它首次通過第一關的時候，內在獎勵也達到了峰值 (訓練數小時後) 。

再看超級馬里奧。

內在目標與外在目標已經基本一致了。

智能體通過了11關，找到了許多隱藏的房間，並打敗了庫巴大魔王。

接下來，就是蒙特祖瑪的復仇。

最好成績，當然是24個房間都攻破，順利通過第一關，得分17.5k。

並且，多數情況下，智能體都能解鎖20-22個房間，得分14.5k。

對比一下，人類平均分是4.7k。

有代碼，有論文

現在，OpenAI已經把RND開源了，可以從傳送門前往瞻仰：

https://github.com/openai/random-network-distillation

還有，論文也公開了：

https://arxiv.org/pdf/1810.12894.pdf

博客在這裡：

https://blog.openai.com/reinforcement-learning-with-prediction-based-rewards/

吃蘑菇，變成彈簧 (依然來自山下智博)

—完—

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