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# Estadística # Inteligencia artificial # Aprendizaje automático # Neuronas y cognición # Aprendizaje automático

Entendiendo la Simulación Projectiva de Energía Libre (FEPS)

FEPS ayuda a los robots a aprender y adaptarse, imitando el comportamiento humano.

Joséphine Pazem, Marius Krumm, Alexander Q. Vining, Lukas J. Fiderer, Hans J. Briegel

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Imagina un robot inteligente que aprende a hacer cosas probando cosas, como hacemos nosotros. Este robot utiliza algo llamado Simulación Proyectiva de Energía Libre (FEPS) para entender las cosas. Este cerebro genial del robot le ayuda a aprender observando qué funciona y qué no, sin necesidad de supervisión de adultos o recompensas como galletas o estrellitas doradas.

¿Cómo Funciona?

FEPS es como una película de ciencia ficción donde un robot tiene un cerebro que juega al ajedrez. Piensa en todos los movimientos que puede hacer, predice qué pasará después y luego elige el mejor movimiento para ganar. ¡Pero FEPS tiene un giro! No solo piensa en ganar; mira el mundo que lo rodea y sigue cambiando su estrategia según lo que ve y siente.

Las Dos Partes Principales: Aprender y Actuar

  1. Aprender: El robot utiliza sus sentidos, como la vista y el tacto, para entender su entorno. Recoge información y forma un modelo de lo que está pasando, como si estuviera dibujando un mapa en su cerebro.

  2. Actuar: Una vez que el robot tiene un buen mapa, toma decisiones. Piensa: “Si hago esto, entonces pasará aquello,” y elige el camino que siente correcto.

¿Por Qué Es Importante?

Este robot fancy no es solo una máquina de aprendizaje normal; nos enseña sobre cómo los seres vivos, como animales y humanos, también aprenden. Al crear un robot que aprende y se adapta, podemos entender mejor nuestros propios cerebros y cómo pensamos.

La Ciencia Detrás de FEPS

Bien, desglosemos la ciencia un poco más. FEPS se basa en dos grandes ideas de la ciencia:

Inferencia Activa

La inferencia activa es como ser un investigador. El robot está constantemente preguntándose: “¿Qué creo que pasará después?” Si tiene razón, ¡genial! Si no, aprende y actualiza sus pensamientos. Esto ayuda al robot a minimizar sorpresas, que es básicamente una forma elegante de decir que quiere estar preparado para lo que viene.

Simulación Proyectiva

Ahora, piensa en la simulación proyectiva como el libro de cuentos del robot. Recuerda experiencias pasadas y usa esos recuerdos para averiguar acciones futuras. El robot es como un niño que aprende de sus errores, diciendo: “La última vez que intenté esto, no funcionó. ¡Probemos otra cosa!”

El Proceso de Aprendizaje de FEPS

Imaginémoslo así: imagina al robot como un niño pequeño Aprendiendo a montar en bicicleta.

  1. Probando Nuevas Cosas: Al principio, el robot se mueve sin rumbo, probando diferentes caminos. Puede que se caiga un par de veces, pero aprende qué camino es más fácil.

  2. Construyendo Experiencia: Con el tiempo, sabe que girar demasiado rápido lleva a perder el equilibrio. Empieza a predecir qué pasará según sus experiencias pasadas, como diciendo: “Si giro por aquí, podría caer.”

  3. Tomando Mejores Decisiones: Eventualmente, el niño puede montar sin caerse. En el caso del robot, se vuelve mejor tomando decisiones basadas en su mapa del mundo.

Las Partes Divertidas de la Aventura de Aprendizaje del Robot

Ambigüedad en el Aprendizaje

A veces, el robot puede enfrentar situaciones confusas, como ver dos caminos que se ven iguales. Necesita aprender cuál es mejor, como decidir entre helado de chocolate o vainilla. No puede simplemente lanzar una moneda; tiene que pensar en lo que ha aprendido antes.

La Política del Agente: Un Término Fancy para Tomar Decisiones

El robot tiene una “política,” que le dice cómo actuar. Imagina esta política como un conjunto de reglas que dice: “¡Si ves una luz roja, detente!” Le ayuda al robot a decidir cuál es la mejor acción según lo que sabe.

Probando al Robot: Respuesta Cronometrada y Navegación

Los investigadores probaron al robot en dos escenarios principales que probablemente reconozcas.

1. Tarea de Respuesta Cronometrada

Imagina un gato intentando atrapar un puntero láser. ¡El robot tiene que aprender cuándo saltar! Tiene que esperar hasta que la luz toque el lugar justo antes de hacer su gran movimiento. Esta experiencia le enseña al robot a equilibrar la paciencia con la acción.

2. Tarea de Navegación

Ahora, imagina al robot en un gran laberinto, tratando de encontrar queso (o lo que sea que coman los ratones robots). Tiene que navegar por el laberinto, aprendiendo de cada giro que toma y averiguando la mejor ruta hacia el queso sin chocar con las paredes.

La Gran Imagen: ¿Por Qué Deberíamos Importar?

El robot FEPS no es solo un proyecto de ciencia nerd; nos enseña sobre aprendizaje, toma de decisiones y adaptación. Al entender cómo funcionan los agentes artificiales, podemos desbloquear nuevas ideas sobre nosotros mismos, como cómo aprendemos y nos adaptamos en nuestras vidas diarias.

Aventuras Futuras con el Robot FEPS

Este robot prepara el terreno para avances increíbles en tecnología. A medida que aprendemos más sobre cómo funciona, podríamos aplicar sus técnicas a problemas del mundo real, desde mejorar videojuegos hasta crear robots que puedan ayudar en la salud o la educación.

Conclusión: El Viaje de FEPS

La Simulación Proyectiva de Energía Libre es un viaje fascinante al mundo de la inteligencia artificial. Al simular cómo aprendemos, el robot no solo sigue programas; piensa, se adapta y crece. ¡Y quién sabe, un día, incluso podría ayudarnos a ser mejores aprendices nosotros mismos!

Así que, la próxima vez que oigas sobre robots aprendiendo, solo recuerda: ¡podrían estar alcanzándonos, un paso divertido a la vez!

Fuente original

Título: Free Energy Projective Simulation (FEPS): Active inference with interpretability

Resumen: In the last decade, the free energy principle (FEP) and active inference (AIF) have achieved many successes connecting conceptual models of learning and cognition to mathematical models of perception and action. This effort is driven by a multidisciplinary interest in understanding aspects of self-organizing complex adaptive systems, including elements of agency. Various reinforcement learning (RL) models performing active inference have been proposed and trained on standard RL tasks using deep neural networks. Recent work has focused on improving such agents' performance in complex environments by incorporating the latest machine learning techniques. In this paper, we take an alternative approach. Within the constraints imposed by the FEP and AIF, we attempt to model agents in an interpretable way without deep neural networks by introducing Free Energy Projective Simulation (FEPS). Using internal rewards only, FEPS agents build a representation of their partially observable environments with which they interact. Following AIF, the policy to achieve a given task is derived from this world model by minimizing the expected free energy. Leveraging the interpretability of the model, techniques are introduced to deal with long-term goals and reduce prediction errors caused by erroneous hidden state estimation. We test the FEPS model on two RL environments inspired from behavioral biology: a timed response task and a navigation task in a partially observable grid. Our results show that FEPS agents fully resolve the ambiguity of both environments by appropriately contextualizing their observations based on prediction accuracy only. In addition, they infer optimal policies flexibly for any target observation in the environment.

Autores: Joséphine Pazem, Marius Krumm, Alexander Q. Vining, Lukas J. Fiderer, Hans J. Briegel

Última actualización: 2024-11-22 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2411.14991

Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.14991

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.

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