用多模態(tài)世界模型預(yù)測(cè)未來(lái)!UC伯克利全新AI智能體,精確理解人類...

        來(lái)源：新智元
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                  UC伯克利的研究人員提出了一種全新的AI智能體，可以通過(guò)對(duì)未來(lái)進(jìn)行多模態(tài)世界建模來(lái)學(xué)習(xí)理解語(yǔ)言。
                  
                  

[ 導(dǎo)讀 ] 智能體如何從不同的語(yǔ)言中理解世界？近日，來(lái)自UC伯克利的研究人員提出了一種全新的AI智能體，可以通過(guò)對(duì)未來(lái)進(jìn)行多模態(tài)世界建模來(lái)學(xué)習(xí)理解語(yǔ)言。

現(xiàn)在，基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能體已經(jīng)可以輕松地執(zhí)行諸如「撿起藍(lán)色積木」這類的指令。

但人類大部分時(shí)間的語(yǔ)言表達(dá)，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了指令的范圍。比如：「我們好像沒(méi)有牛奶了」......

而智能體想要學(xué)習(xí)這類語(yǔ)言在世界中的含義，是非常困難的。

對(duì)此，來(lái)自UC伯克利的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，我們實(shí)際上可以利用這些語(yǔ)言，來(lái)幫助智能體更好地對(duì)未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

論文地址： https://arxiv.org/pdf/2308.01399.pdf

具體來(lái)說(shuō)，研究人員提出了一種全新的智能體——Dynalang。

與僅用語(yǔ)言預(yù)測(cè)動(dòng)作的傳統(tǒng)智能體不同，Dynalang通過(guò)使用過(guò)去的語(yǔ)言來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的語(yǔ)言、視頻和獎(jiǎng)勵(lì)，從而獲得豐富的語(yǔ)言理解。

除了在環(huán)境中的在線交互中學(xué)習(xí)外，Dynalang還可以在沒(méi)有動(dòng)作或獎(jiǎng)勵(lì)的情況下在文本、視頻或兩者的數(shù)據(jù)集上進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練。

也就是說(shuō)，新的智能體這時(shí)再聽到「我們沒(méi)有牛奶了」，就能get到這句話意思是「冰箱里的牛奶喝完了」。

工作原理

使用語(yǔ)言來(lái)理解世界自然而然地適合于世界建模范式。

Dynalang以基于模型的RL智能體DreamerV3為基礎(chǔ)，并可利用其在環(huán)境中動(dòng)作時(shí)所收集到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不斷地進(jìn)行學(xué)習(xí)。

左：世界模型在每個(gè)時(shí)間步將文本和圖像壓縮為潛在表征。在這個(gè)表征中，模型被訓(xùn)練以重構(gòu)原始觀察結(jié)果，預(yù)測(cè)獎(jiǎng)勵(lì)，并預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)間步的表征。直觀地說(shuō)，世界模型學(xué)會(huì)了在給定文本中所讀內(nèi)容的情況下，應(yīng)該期望在世界中看到什么。

右：Dynalang通過(guò)在壓縮的世界模型表征基礎(chǔ)上訓(xùn)練策略網(wǎng)絡(luò)來(lái)選擇動(dòng)作。它在世界模型的想象中反復(fù)進(jìn)行訓(xùn)練，從而學(xué)會(huì)采取最大化預(yù)測(cè)獎(jiǎng)勵(lì)的動(dòng)作。

與之前一次處理一個(gè)句子或段落的多模態(tài)模型不同，Dynalang將視頻和文本作為一個(gè)統(tǒng)一的序列進(jìn)行建模，一次處理一個(gè)圖像幀和一個(gè)文本token。

直觀地說(shuō)，這更像是人類在現(xiàn)實(shí)世界中接收輸入的方式。

將所有內(nèi)容都建模為一個(gè)序列，就 可以像語(yǔ)言模型一樣在文本數(shù)據(jù)上進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，從而提高強(qiáng)化學(xué)習(xí)的性能。

語(yǔ)言提示

為了評(píng)估智能體在環(huán)境中的表現(xiàn)，研究人員引入了HomeGrid。其中，智能體除了任務(wù)指令外，還會(huì)收到語(yǔ)言提示。

HomeGrid中的提示，不僅模擬了智能體可能從人類那里學(xué)到的知識(shí)或從文本中讀到的信息，而且還提供了有用但不是解決任務(wù)所必需的信息：

• 「未來(lái)觀察」：描述智能體在未來(lái)可能觀察到的情況，例如「盤子在廚房里」。

• 「糾正」：根據(jù)智能體正在執(zhí)行的任務(wù)的提供交互式反饋，例如「轉(zhuǎn)過(guò)身去」。

• 「動(dòng)態(tài)」：描述環(huán)境的動(dòng)態(tài)，例如「踩踏板打開堆肥箱」。

雖然智能體并未接受過(guò)明確的指導(dǎo)來(lái)分辨觀察結(jié)果和文本的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但Dynalang仍能通過(guò)未來(lái)的預(yù)測(cè)目標(biāo)，學(xué)會(huì)將各種類型的語(yǔ)言與環(huán)境聯(lián)系起來(lái)。

結(jié)果顯示，Dynalang要明顯優(yōu)于以語(yǔ)言為條件的IMPALA和R2D2。

后者不僅在使用不同類型的語(yǔ)言時(shí)非常吃力，而且在使用指令以外的語(yǔ)言時(shí)表現(xiàn)得更差。

游戲評(píng)估

在Messenger游戲環(huán)境中，研究人員測(cè)試了智能體是如何從較長(zhǎng)且更復(fù)雜的文本中學(xué)習(xí)的，這需要在文本和視覺(jué)觀察之間進(jìn)行多跳推理。

智能體必須對(duì)描述每個(gè)情節(jié)動(dòng)態(tài)的文本說(shuō)明進(jìn)行推理，并將其與環(huán)境中的實(shí)體觀察結(jié)合起來(lái)，以確定從哪些實(shí)體獲取消息和避開哪些實(shí)體。

結(jié)果顯示，Dynalang的表現(xiàn)要明顯優(yōu)于IMPALA和R2D2，以及使用專門架構(gòu)對(duì)文本和觀察結(jié)果進(jìn)行推理任務(wù)優(yōu)化的EMMA基準(zhǔn)，尤其是在最困難的第3階段。

指令跟隨

Habitat的測(cè)試結(jié)果表明，Dynalang能夠處理逼真的視覺(jué)觀察并執(zhí)行指令。

也就是，智能體需要按照自然語(yǔ)言的指令，導(dǎo)航到家中的目標(biāo)位置。

在Dynalang中，指令跟隨可以通過(guò)將其視為未來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)測(cè)，來(lái)在相同的預(yù)測(cè)框架中統(tǒng)一處理。

語(yǔ)言生成

就像語(yǔ)言會(huì)影響智能體對(duì)所見事物的預(yù)測(cè)一樣，智能體觀察到的事物也會(huì)影響它期望聽到的語(yǔ)言（例如，關(guān)于所見事物的真實(shí)陳述）。

通過(guò)在LangRoom中將語(yǔ)言輸出到動(dòng)作空間中，Dynalang可以生成與環(huán)境相關(guān)聯(lián)的語(yǔ)言，從而執(zhí)行具體的問(wèn)題回答。

文本預(yù)訓(xùn)練

由于使用語(yǔ)言建立世界模型與使用世界模型學(xué)習(xí)動(dòng)作是分開的，因此Dynalang可以在沒(méi)有動(dòng)作或獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)簽的情況下使用離線數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練。

這種能力使Dynalang能夠從大規(guī)模的離線數(shù)據(jù)集中受益，所有這些數(shù)據(jù)集都在單一模型架構(gòu)內(nèi)。

研究人員使用純文本數(shù)據(jù)對(duì)Dynalang進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，并從頭開始學(xué)習(xí)token嵌入。

模型在通用文本數(shù)據(jù)（TinyStories，200萬(wàn)個(gè)短故事）上進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練之后，可以提高M(jìn)essenger下游RL任務(wù)的表現(xiàn)，甚至超過(guò)了使用預(yù)訓(xùn)練的T5嵌入。

盡管這項(xiàng)工作的重點(diǎn)是讓智能體能夠理解語(yǔ)言并采取行動(dòng)，但其實(shí)也可以像純文本語(yǔ)言模型一樣生成文本。

研究人員在潛空間中對(duì)預(yù)訓(xùn)練的TinyStories模型進(jìn)行了抽樣推演，并在每個(gè)時(shí)間步驟從表征中解碼出token觀察。

結(jié)果顯示，模型生成的結(jié)果具有令人驚訝的一致性，不過(guò)在質(zhì)量上仍然低于SOTA的語(yǔ)言模型。

不過(guò)由此也可以看出，將語(yǔ)言生成和行動(dòng)統(tǒng)一到單一的智能體架構(gòu)中，是一個(gè)很有趣的研究方向。

作者介紹

Jessy Lin

論文一作Jessy Lin，是加州大學(xué)伯克利分校人工智能研究院（Berkeley AI Research）的三年級(jí)博士生，由Anca Dragan和Dan Klein指導(dǎo)。

她的研究方向是構(gòu)建能與人類合作和互動(dòng)并以語(yǔ)言為媒介的智能體。此外， 她還對(duì)對(duì)話以及語(yǔ)言+強(qiáng)化學(xué)習(xí)非常感興趣。目前，她的研究得到了蘋果人工智能獎(jiǎng)學(xué)金的支持。

她在麻省理工學(xué)院獲得了計(jì)算機(jī)科學(xué)和哲學(xué)雙學(xué)位。在那里，她與計(jì)算認(rèn)知科學(xué)小組合作，在Kelsey Allen和Josh Tenenbaum的指導(dǎo)下進(jìn) 行人類啟發(fā)式人工智能研究，同時(shí)作為labsix的創(chuàng)始成員從事機(jī)器學(xué)習(xí)安全研究。

此外，她還曾在Lilt從事人機(jī)協(xié)作機(jī)器翻譯/專家翻譯的Copilot研究和產(chǎn)品開發(fā)。

參考資料：

https://dynalang.github.io/

編輯：于騰凱 校對(duì)：林亦霖