Einfache Braitenberg-artige Verhaltensweisen zur Navigation durch das ViZDoom-Labyrinth "My Way Home"

Core Concepts

Durch die Verwendung von Tangled Program Graphs können einfache Braitenberg-artige Verhaltensweisen emergieren, die es einem Agenten ermöglichen, komplexe Labyrinthe zu navigieren, ohne auf aufwendige Gedächtnismechanismen oder Bildverarbeitungsoperatoren zurückgreifen zu müssen.

Abstract

Die Studie untersucht die Fähigkeit, Navigationstrategien aus partiell beobachtbaren, hochdimensionalen Zustandsinformationen mit Hilfe des TPG-Genetischen-Programmierungs-Frameworks zu entwickeln, das darauf ausgelegt ist, "einfache" Lösungen zu liefern. Der Ansatz beschränkt TPG auf einen Befehlssatz, der nur arithmetische Operationen umfasst. Es gibt keine Unterstützung für das Einsetzen von Faltungsoperatoren, die möglicherweise den visuellen Raum nach bestimmten Objekten durchsuchen könnten. Dies führt dazu, dass die Schnittstelle, über die die resultierenden Lösungen den Zustand erfahren, sehr spärlich ist, d.h. < 1,0% des Zustandsraums. Dies scheint eine Verzerrung einzuführen, die das Entdecken einfacher Braitenberg-artiger Heuristiken für die Strukturierung des Navigationsverhaltens des Agenten begünstigt. Zu den Eigenschaften der Heuristik gehören die Fähigkeit, nach dem Spawnen in der Mitte eines Raums die Wand des Raums aufzusuchen, die Richtung einer langsamen kreisförmigen Trajektorie nach dem Verfolgen eines Wandfolgeverhaltens abzuwechseln und sich nach dem Erreichen einer Raumecke neu auszurichten. Das Entdecken solcher einfachen Heuristiken für die Navigation ist daher eine Funktion der Einschränkungen, unter denen TPG gezwungen war zu operieren.

Stats

"Wir beschränken TPG auf einen Befehlssatz, der nur arithmetische Operationen umfasst. Es gibt keine Unterstützung für das Einsetzen von Faltungsoperatoren, die möglicherweise den visuellen Raum nach bestimmten Objekten durchsuchen könnten." "Dies führt dazu, dass die Schnittstelle, über die die resultierenden Lösungen den Zustand erfahren, sehr spärlich ist, d.h. < 1,0% des Zustandsraums." "Im Durchschnitt gibt es 3,4 ± 2,8 Ensembles (Knoten) pro TPG-Champion mit durchschnittlich 13,6 ± 11,2 Lernern über den TPG-Graphen." "Programme würden im Durchschnitt 36,2 ± 9,6 Pixel indexieren, wenn es sich um Kontextprogramme handeln würde, und 27,6 ± 10,3 Pixel, wenn es sich um Aktionsprogramme handeln würde."

Quotes

"Zu den Eigenschaften der Heuristik gehören die Fähigkeit, nach dem Spawnen in der Mitte eines Raums die Wand des Raums aufzusuchen, die Richtung einer langsamen kreisförmigen Trajektorie nach dem Verfolgen eines Wandfolgeverhaltens abzuwechseln und sich nach dem Erreichen einer Raumecke neu auszurichten." "Das Entdecken solcher einfachen Heuristiken für die Navigation ist daher eine Funktion der Einschränkungen, unter denen TPG gezwungen war zu operieren."

Key Insights Distilled From

Emergent Braitenberg-style Behaviours for Navigating the ViZDoom `My Way Home' Labyrinth

by Caleidgh Bay... at arxiv.org 04-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.06529.pdf

Deeper Inquiries

Wie würden sich asymmetrische Raumgrößen oder eine unterschiedliche Anzahl von Seiten in den Räumen auf die Fähigkeit auswirken, Braitenberg-artige Navigationsheuristiken abzuleiten?

Die Auswirkungen von asymmetrischen Raumgrößen oder einer unterschiedlichen Anzahl von Seiten in den Räumen auf die Fähigkeit, Braitenberg-artige Navigationsheuristiken abzuleiten, könnten signifikant sein. In einem solchen Szenario müssten die Agenten möglicherweise komplexere Heuristiken entwickeln, um effektiv zu navigieren. Asymmetrische Raumgrößen könnten dazu führen, dass die Agenten unterschiedliche Strategien für verschiedene Räume entwickeln müssen, um erfolgreich zu sein. Eine unterschiedliche Anzahl von Seiten in den Räumen könnte die Agenten vor zusätzliche Herausforderungen stellen, da sie möglicherweise nicht mehr einfach eine Wand entlang navigieren können, um sich zu orientieren.

Wie würde sich eine Änderung der Eintritts- und Austrittspunkte, die nicht mehr in der Mitte der Wände liegen, auf die Heuristik auswirken?

Eine Änderung der Eintritts- und Austrittspunkte, die nicht mehr in der Mitte der Wände liegen, könnte die Heuristik beeinflussen, die die Agenten verwenden, um zu navigieren. Wenn die Eintritts- und Austrittspunkte nicht mehr zentral in den Wänden liegen, müssten die Agenten möglicherweise flexiblere Strategien entwickeln, um erfolgreich zu sein. Dies könnte bedeuten, dass die Agenten in der Lage sein müssen, sich schneller an neue Eintritts- und Austrittspunkte anzupassen und möglicherweise verschiedene Navigationswege je nach Positionierung zu wählen.

Welche anderen Anwendungsszenarien könnten von der Fähigkeit profitieren, einfache reaktive Verhaltensweisen aus hochdimensionalen Zustandsräumen zu extrahieren?

Die Fähigkeit, einfache reaktive Verhaltensweisen aus hochdimensionalen Zustandsräumen zu extrahieren, könnte in verschiedenen Anwendungsszenarien von Vorteil sein. Ein Bereich, der davon profitieren könnte, ist die Robotik, insbesondere bei der Navigation von autonomen Robotern in komplexen Umgebungen. Durch die Entwicklung einfacher Heuristiken könnten Roboter effizienter und zuverlässiger navigieren, ohne komplexe Berechnungen durchführen zu müssen. Auch in der Spieleentwicklung könnte diese Fähigkeit genutzt werden, um NPCs oder KI-gesteuerte Charaktere realistischer und intelligenter agieren zu lassen. Darüber hinaus könnten Anwendungen im Bereich der virtuellen Realität oder Simulationen von komplexen Umgebungen von der Effizienz und Einfachheit solcher reaktiven Verhaltensweisen profitieren.