模仿學習(Imitation Learning)

定義

模仿學習(Imitation Learning)讓機器人從專家示範中學習怎麼完成任務,不需要像強化學習那樣設計獎勵函數或大量試錯。

主要方法

  • 行為複製(Behavior Cloning, BC):把示範資料當成監督式學習,直接學習「觀察 → 動作」的映射。 min⁡θ  E(o,a)∼D[L(πθ(o), a)]\min_{\theta} \; \mathbb{E}_{(o,a)\sim\mathcal{D}} \left[ \mathcal{L}\big(\pi_\theta(o),\, a\big) \right]
  • 逆強化學習(Inverse RL):先從示範推出專家在優化什麼獎勵,再用強化學習學策略。
  • DAgger:執行過程中讓專家修正,逐步擴充資料集。

使用情境

  • 桌面操作與家務任務:Mobile ALOHA 以少量遙操作示範學會煮菜、收納等雙臂任務。
  • VLA 模型訓練:RT-2、OpenVLA、Octo 都以大規模示範資料集訓練。
  • 擴散策略:用擴散模型表示多峰的人類動作分佈。

常見挑戰

  • 資料成本高:高品質示範需要人力操作,催生了「遠端操作示範員」這類新職缺。
  • 表現上限:策略通常不會超過示範者的水準。
  • 泛化有限:換了物體、光線或場景就可能失效,需要更多樣的資料。

延伸閱讀

常見問題

faq_01.log
行為複製最大的問題是什麼?
累積誤差(compounding error):策略只看過專家走過的狀態,一旦執行時稍微偏離,就會進入沒看過的狀態而越錯越多。常見對策包括 DAgger(讓專家在偏離狀態下補標註)、加入更多樣的示範,以及用動作分塊(action chunking)減少決策次數。
faq_02.log
示範資料要怎麼蒐集?
常見方式有遙操作(例如 ALOHA 的主從手臂、VR 手把)、動作捕捉、直接拖動機器人教學(kinesthetic teaching),以及從人類影片中擷取動作。

相關文章

相關術語