让智能系统在“半盲”环境中更可靠:一项强化学习技术的新突破
2025-10-30 02:07:04

在工业控制、高端装备制造、化工流程优化或无人智能装备等领域,许多任务面临着一个共同挑战:系统无法获取环境的完整信息。例如,化工反应器中某些关键参数难以实时监测,自动驾驶车辆可能因障碍物遮挡丢失部分视野,或工业机器人因传感器限制无法感知设备的全部状态。这类问题在学术上被称为“部分可观测决策问题”(POMDP),而传统的人工智能算法在此类场景中往往表现不稳定。

南栖仙策和南京大学团队提出了RESeL强化学习算法,为解决这一问题提供了新思路。该算法通过优化循环神经网络(RNN)的训练过程,显著提升了系统在复杂、信息不全环境下的决策稳定性,可以为工业生产带来多重改变。

在面对工业自动化中的动态控制时,设备可能因传感器成本或物理限制无法监测全部状态。传统控制模型依赖历史数据推测隐藏状态,但长序列训练易导致模型波动,影响控制精度。RESeL算法通过降低循环神经网络编码器的学习率,抑制参数微小变化对长序列预测的累积误差。这意味着,系统能更稳定地“记住”历史信息,即便在设备持续运行数小时后,仍能精准推测未观测状态,从而动态调整维护策略或生产节奏,减少意外停机风险。

面对流程制造中的实时优化,如在化工或制药行业,反应过程的某些关键参数难以实时测量,需基于温度、压力等有限观测值进行动态调控。传统模型可能因训练不稳定,导致控制指令频繁振荡,而RESeL算法通过分离循环网络与决策网络的学习速率,使模型在长期依赖的任务中保持稳定。

再比如无人装备在执行长时任务时,自动驾驶车辆或巡检无人机常面临环境动态变化,如突然出现的障碍物、天气干扰等。传统算法在长时间任务中可能因训练不稳定,导致决策逻辑“漂移”,增加安全隐患。RESeL算法通过稳定循环神经网络的长期记忆能力,系统能更可靠地融合历史感知信息,即使部分传感器短暂失效,也能基于历史模式预测环境变化,生成更安全的路径规划策略。

RESeL算法的本质是让“记忆”更可靠,其创新在于差异化的学习率设计:将循环神经网络(RNN)作为“记忆单元”,负责从历史数据中提取隐藏状态,其学习速率被刻意降低,避免微小参数变动引发长期预测偏差。将决策网络(MLP)作为“执行单元”,保持较高学习速率,快速响应实时观测数据。这种设计类似于人类在复杂任务中的分工——经验丰富的工程师(RNN)谨慎总结长期规律,而现场操作员(MLP)灵活应对即时变化,二者协同提升整体决策的鲁棒性。

RESeL技术的潜力不仅限于上述场景,凡需在信息不全条件下做出序列决策的任务,均可受益于这种稳定化的学习框架。其价值不在于某项指标的百分比提升,而在于让智能系统在真实工业场景中真正“落地”——减少调试成本、降低意外风险,推动人工智能从实验室走向车间。