Самый эффективный среди мировых аналогов алгоритм для обучения и адаптации искусственного интеллекта

Ученые из лаборатории исследований искусственного интеллекта (ИИ) Tinkoff Research создали самый эффективный среди мировых аналогов алгоритм для обучения и адаптации искусственного интеллекта.

Новый метод, названный ReBRAC (Revisited Behavior Regularized Actor Critic — пересмотренный актор-критик с контролируемым поведением), обучает ИИ в четыре раза быстрее и на 40% качественнее мировых аналогов в области обучения с подкреплением (Reinforcement Learning, RL), адаптируя его к новым условиям на ходу.

Разработка российских ученых в области повышения эффективности алгоритмов обучения ИИ может способствовать преодолению технологического и цифрового разрыва в мире между разными странами — более эффективные алгоритмы требуют меньше вычислительных ресурсов. Страны с ограниченными вычислительными мощностями смогут создавать и развивать передовые технологии, адаптировать ИИ под конкретные прикладные задачи, существенно экономя на дорогостоящих экспериментах с ИИ.

Результаты исследования были признаны мировым научным сообществом и представлены на главной научной конференции в области ИИ в мире — международной конференции по машинному обучению и нейровычислениям NeurIPS (The Conference and Workshop on Neural Information Processing Systems). В этом году конференция прошла в 37-й раз — в Новом Орлеане, США, с 10 по 16 декабря.

Визуализация качества альтернативных подходов и алгоритма ReBRAC. По горизонтальной оси — качество алгоритма относительно «эксперта» (служит эталоном для обучения ИИ-агентов), где 100 — это уровень эксперта. По вертикальной оси — процент испытаний, в которых удалось превзойти выбранную отсечку качества. Чем выше линия, тем лучше. Метод, предложенный Tinkoff Research, стал первым превзошедшим эксперта более чем в половине испытаний

Суть открытия

Ученые из Tinkoff Research идентифицировали четыре компонента, которые были представлены в алгоритмах последних лет, но считались второстепенными и не подвергались детальному анализу:

Глубина нейронных сетей. Увеличение глубины сети помогает ей лучше понимать сложные закономерности в данных
Регуляризация актора и критика. В ИИ-агентах есть два компонента: «актор», который предпринимает действия, и «критик», который оценивает эти действия. Ученые использовали совместную регуляризацию обоих компонентов, чтобы актор избегал нежелательных действий, а критик более эффективно оценивал их. Ранее не было понятно, как сочетать оба подхода с наибольшей эффективностью
Увеличение эффективного горизонта планирования — позволяет модели балансировать между краткосрочными и долгосрочными аспектами задачи и улучшает ее способность принимать решения
Использование нормализации слоев (LayerNorm) — стабилизирует процесс обучения нейронных сетей

Ученые из Tinkoff Research интегрировали эти компоненты в алгоритм-предшественник BRAC (Behavior Regularized Actor Critic — актор-критик с контролируемым поведением) 2019 года и провели исследование, поочередно варьируя каждый из них. Оказалось, что правильная совокупность этих компонентов дает даже этому старому подходу самую высокую производительность среди лучших аналогов на сегодняшний день. Модифицированный алгоритм получил название ReBRAC.

Тестирование на робототехнических симуляторах показало, что алгоритм обучает ИИ в четыре раза быстрее и на 40% качественнее всех существующих в офлайн-бенчмарках. Ранее лидерство принадлежало алгоритму SAC-RND, также созданному учеными из Tinkoff Research.

Визуализация вариантов тестирования алгоритма: поиск цели в лабиринте (Ant), скорость бега (Halfcheetah, Hopper, Walker2d), задачи для робокистей — правильно держать ручку (Pen), открыть дверь, забить гвоздь, переместить объект

ReBRAC также эффективнее всего решает проблему дообучения искусственного интеллекта, который обычно медленно адаптируется к новым условиям. Например, робот, который был изначально обучен передвигаться по траве, упадет, если переместится на лед. ReBRAC же позволяет ИИ лучше учиться на ходу и адаптироваться.

Признание открытия мировым научным сообществом

В 2023 году рецензенты международной конференции по машинному обучению и нейровычислениям NeurIPS (The Conference and Workshop on Neural Information Processing Systems), на которой было представлено открытие ученых из Tinkoff Research, получили на рассмотрение свыше 13 тысяч статей от ученых со всего мира, из которых 3,5 тысячи были отобраны для представления на конференции. Селективность — всего 26%. Среди них сразу четыре научные статьи Tinkoff Research. Помимо алгоритма ReBRAC ученые представили две открытые библиотеки в области офлайн-обучения с подкреплением (Offline RL, ORL), благодаря которым специалистам по ИИ больше не требуется самостоятельно воспроизводить результаты наиболее весомых научных работ. Статьи уже цитируются ведущими исследовательскими лабораториями со всего мира — в их числе Стэнфордский университет, Калифорнийский университет в Беркли и научно-исследовательская лаборатория Google DeepMind.

Лаборатория исследований ИИ Tinkoff Research

Tinkoff Research — это одна из немногих российских исследовательских групп, которая занимается научными исследованиями внутри компании, а не на базе некоммерческой организации.

Ученые из Tinkoff Research исследуют наиболее перспективные области ИИ: обработку естественного языка (NLP), компьютерное зрение (CV), обучение с подкреплением (RL) и рекомендательные системы (RecSys). По результатам экспериментов они пишут научные статьи для наиболее авторитетных научных конференций: NeurIPS, ICML, ACL, CVPR и других.

За два года существования команды 20 статей были приняты на крупнейшие конференции и воркшопы в области ИИ. Научные работы Tinkoff Research цитируются учеными из университетов Беркли и Стэнфорда, а также исследовательского проекта Google по изучению искусственного интеллекта Google DeepMind.

Команда курирует исследовательскую лабораторию Тинькофф на базе МФТИ и помогает талантливым студентам совершать научные открытия.

Как использовать искусственный интеллект и ChatGPT для обучения самым сложным навыкам