离人类更近一步！DeepMind最新Nature论文：AI会“回忆”，掌握调取记忆新姿势

十三发自凹非寺
量子位报道 | 公众号 QbitAI

每年春节，只要在饭桌上，七大姑八大姨曾对你“殷切关怀”的情景便会历历在目。

对人类来说，记住一些东西并能回忆起来，是件司空见惯的事情。

而现在，连 AI 智能体都能做到这点了！

人类对过往的事情可以做出理智的判断，并基于这样的判断，对未来做出决策。

但对于智能体来说，就涉及到判断和对过去行为的价值评估(评估信用分配)的问题。

但现有的评估信用分配的方法，无法解决与结果存在长时间间隔的任务。

简单来说，就是未来不可期。

DeepMind便提出了一种方法，让智能体也够在它的“记忆”里来个时间旅行。

近日还登上了Nature Communication。

这个方法其实是一种范式。

它能让智能体使用特定的记忆，来信任过去的行为，并对未来做出正确的决策。

该方法也得到了网友们的认可。

很不错的一项工作，我认为向前迈了一大步。

时间旅行的概念很有意思，尤其是与我们自己以及环境提供的记忆相关时。

这项工作的影响或许不仅于此，正如DeepMind所述：

范式拓宽了AI研究的范畴，并提供了可能激发神经科学、心理学和行为经济学模型的机械行为解释。

如何让智能体“未来可期”？

为了做到这一点，首要的工作就是形式化任务结构。

主要包括2种类型。

△图1：任务设置和重构记忆智能体(RMA)

图1(a)就是两种类型的任务，每个任务都有3个阶段。

△图1(a)

第一种任务(信息获取任务)中：

在P1阶段，智能体必须在没有即时奖励的情况下探索一个环境以获取信息；
在P2阶段，智能体在很长一段时间内从事一项不相关的干扰任务，并获得了许多附带的奖励；
在P3阶段，智能体必须利用P1中获取的信息获取远端奖励(distal reward)。

第二种任务中(因果任务)中：

在P1阶段，智能体必须采取行动触发 P1中仅具有长期因果关系的某个事件；
在P2阶段，同样是一个干扰任务；
在P3阶段，为了取得成功，智能体必须利用 P1活动引起的环境变化来获得成功。

由于提出的解决方案的一个关键组成部分涉及记忆编码和提取，研究人员将这三个阶段分别视作：

P1→动作和记忆提取；
P2→干扰物(distractor)；
P3→经验(exploitation)。

在研究这种结构的完整任务之前，考虑一个更简单的任务。

DeepMind的研究人员把它称作“被动视觉匹配(Passive Visual Match )”，如图1(b)所示。

△图1(b)

这是一个被动的过程，也就是说，智能体不用采取任何主动的措施去采集信息，就好像一个人在街上走路，不经意间就观察到了某些信息一样。

每个片段的开头都会面对一个走廊，走廊面朝着墙壁，墙上画着一个颜色随机的正方形。

在t=0的时候，就对应于上述任务结构中的P1阶段，只是不需要实现任何目标。

在t=125的时候，智能体被转移到另外一个空间，它在这里会采集30秒的苹果，这就相当于干扰，也就是任务结构中的P2阶段。

在t=526的时候，智能体再次被转移到别的空间，也就是对应于任务结构的P3阶段。这里的墙面有4个不同颜色的方形，若是智能体能够走到和第一个空间中颜色相同的方形面前，那么他就会获得远程奖励。

当然，远程奖励远远小于总干扰奖励。

接下来，为了解决上述的任务，研究人员使用了一个AI智能体，命名为RMA(Reconstructive Memory Agent)。如图1(c)所示。

△图1(c)

这个模型的关键是结合了一个重构过程，压缩了有用的感官信息和记忆存储。

RMA本身没有为LTCA提供服务的专门功能，但是为TVT算法的操作提供了基础。

在进行被动视觉匹配训练时，所有的智能体都能成功完成苹果采集任务，但只有RMA学习到了如何在P3中选择P1中所见的方形颜色来获得远端奖励，如图1(d)所示。

△图1(d)

在图1(e)中，可以看到RMA在t=256的时候，所产生的一个注意力权重向量wt，可以与P3的初始阶段相对应。

△图1(e)

不仅如此，RMA除了能够顺利完成这项任务。在诸如CIFAR images30中，RMA也能够做出正确匹配的选择(如补充图所示)。

△补充图

代码已开源

这项工作的代码已经在GitHub开源。

安装

TVT包的安装和训练可以使用如下代码运行：

tvt/run.sh

运行实验

启动：

source tvt_venv/bin/activatepython3 -m tvt.main

Important flags

tvt.main可以接受许多flag。

Information logging
logging_frequency：logging控制台和tensorboard的频率
logdir：用于tensorboard logging的目录

Agent configuration
with_memory：默认为True。判断智能体是否有外部内存。若为False，则智能体只有LSTM内存。
with_reconstruction：默认为True。
gamma：智能体贴现因子。
entropy_cost：熵损失权重。
image_cost_weight：图像重构损失权重。
read_strength_cost：用于调整内存访问。

更多开源代码信息，详情见文末GitHub链接。

传送门

Nature：
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13073-w

GitHub：
https://github.com/deepmind/tvt