Task-Embedded Control Networks for Few-Shot Imitation Learning

发表时间:CoRL 2018 论文链接:https://readpaper.com/pdf-annotate/note?pdfId=4500197057754718210&noteId=2424798567891365120 作者单位:Imperial College London

Motivation:就像人类一样,机器人应该能够利用来自先前学习任务的知识,以便在新的和不熟悉的环境中快速学习新任务。尽管如此,大多数机器人学习方法都专注于从头开始学习单个任务,泛化概念有限,并且没有利用知识更有效地学习其他任务的方法。一种可能的解决方案是元学习(本文也是采用元学习的训练策略,划分了support setquery set),但许多相关方法在扩展到大量任务的能力方面受到限制,并在不忘记先前学习的任务的情况下学习进一步的任务。

解决方法:考虑到这一点,我们引入了任务嵌入式控制网络(包括两个部分,任务嵌入+控制,训练时候是一起优化的),该网络使用来自度量学习的思想来创建一个任务嵌入,该嵌入可以由机器人从一个或多个演示中学习新任务(每个s是一个或者多个任务的平均(类似类别原型))。

实现方式:演示的图像被嵌入到任务的紧凑表示中,可以组合起来创建一个句子sentence。然后将这句话扩展为从该任务的新配置的最新观察,然后以闭环方式通过控制网络发送。任务嵌入网络和控制网络都经过联合优化以产生丰富的embedding。

### 关于Prototypical Networks for Few-Shot Learning论文 Prototypical Networks 是一种针对小样本学习(Few-Shot Learning)设计的方法,旨在通过构建类别原型来完成新类别的快速识别[^1]。该方法的核心思想是在嵌入空间中为每个类别定义一个原型向量,并利用这些原型向量计算输入样本与各个类别的相似度。 #### 论文下载方式 Prototypical Networks 的原始论文《Prototypical Networks for Few-shot Learning》可以在以下链接找到并下载: - 原始论文地址:[https://arxiv.org/abs/1703.05175](https://arxiv.org/abs/1703.05175) 如果无法直接访问上述链接,可以尝试通过其他学术资源网站获取PDF版本,例如Google Scholar 或者 ResearchGate。此外,一些开源项目也提供了对该论文的解读和实现细节说明[^2][^3]。 #### 可视化的实现 对于可视化部分,作者展示了在嵌入空间中的 t-SNE 图像,其中类别原型用黑色表示,而错误分类的字符则用红色高亮显示[^4]。要实现类似的可视化效果,可以通过以下步骤: 1. **提取嵌入特征** 使用训练好的模型对测试数据进行前向传播,得到每张图像对应的嵌入向量。 2. **应用t-SNE降维** 利用 `sklearn.manifold.TSNE` 将高维嵌入向量投影到二维或三维空间以便绘制图形。 3. **绘图展示** 使用 Matplotlib 或 Seaborn 绘制散点图,在图中标记出不同类别的原型位置以及误分类的数据点。 以下是基于PyTorch实现的一个简单代码示例: ```python import torch from sklearn.manifold import TSNE import matplotlib.pyplot as plt def visualize_embeddings(embeddings, labels, prototypes): """ embeddings: 测试样本的嵌入向量 (NxD) labels: 对应的真实标签 (Nx1) prototypes: 类别原型向量 (KxD) """ all_data = torch.cat([embeddings, prototypes], dim=0).cpu().numpy() tsne = TSNE(n_components=2, random_state=42) embedded_data = tsne.fit_transform(all_data) # 提取样本点和原型点的位置 sample_points = embedded_data[:len(embeddings)] prototype_points = embedded_data[len(embeddings):] # 绘制散点图 plt.figure(figsize=(8, 6)) unique_labels = set(labels.cpu().numpy()) colors = plt.cm.rainbow(np.linspace(0, 1, len(unique_labels))) for i, color in zip(unique_labels, colors): idx = np.where(labels == i)[0] plt.scatter(sample_points[idx, 0], sample_points[idx, 1], c=color, label=f'Class {i}') # 添加原型点标记 plt.scatter(prototype_points[:, 0], prototype_points[:, 1], marker='*', s=200, c='black', label='Prototypes') plt.legend() plt.title('t-SNE Visualization of Embedding Space') plt.show() ``` 此函数接受嵌入向量、真实标签以及类别原型作为输入参数,并生成相应的t-SNE可视化图表。 --- ###
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