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VLAarXiv:2611.08308

自然言語タスク記述から視覚接地された報酬機械を生成するRM-VLM

RM-VLM: From Natural-Language Task Descriptions to Vision-Grounded Reward Machines

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LLMが自然言語のタスク記述から報酬機械を生成し、VLMが画像観測上で命題を接地することで、手作業のラベリング関数なしに非マルコフ的タスクの強化学習を可能にした手法。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 強化学習(RL)における非マルコフ的タスクのための報酬定式化である Reward Machines (RMs) を、自然言語タスク記述から自動構築する手法 RM-VLM の提案。 - LLM が自然言語記述から RM を生成し、VLM が labelling function として画像観測上で命題を接地する。 - VLM ベースの価値関数推定器で各 RM 遷移への進捗を評価し、dense reward を導出する。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の RMs は labelling function(観測の命題接地オラクル)を環境ごとに手作業で設計する必要があり、適用範囲が限られていた。 - RM-VLM は LLM による RM 生成と VLM による接地を組み合わせ、手作業の labelling function 設計を不要にする点が新しい。 - 既存の VLM ベース報酬手法と比較して、全テスト領域で一貫して高いタスク成功率を達成したと報告。

3. 技術・手法の肝は?

- LLM が自然言語のタスク記述を入力として RM(オートマトン形式の報酬)を生成する。 - VLM を labelling function として用い、画像ベース観測上で RM の命題を接地する。 - VLM ベースの価値関数推定器で各 RM 遷移へのエージェントの進捗を評価し、dense reward 信号を導出する。 - RM-guided なポリシー学習の中でこれらを統合する。

4. どうやって有効だと検証した?

- 非マルコフ的 grid-world navigation、robotic manipulation、3D object collection の3領域で評価。 - 既存の VLM ベース報酬手法と比較し、全領域で一貫して高いタスク成功率を示した。 - 具体的なベースライン名や数値は要旨からは不明。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明(限界や失敗ケース、LLM/VLM の誤りへの感度などについての議論は要旨に記載なし)。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている既存の VLM ベース報酬手法(具体的名称は要旨からは不明)。 - 背景として Reward Machines (RMs) および labelling function に関する研究。 - 関連手法として LLM による RM 生成や VLM を用いた報酬設計の研究。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Roko Parac, Christos Ziakas, Leo Ardon, Alessandra Russo

分類: cs.AI, cs.LG

原文アブストラクト

Reward machines (RMs) have been proposed as a reward formulation in reinforcement learning (RL) to capture non-Markovian tasks where credit assignment depends on history. By representing reward functions as automata, RMs expose the task's temporal structure and allow such rewards to be handled within a Markovian framework. However, they assume a labelling function, a proposition-grounding oracle for observations, which must be manually engineered for each environment, limiting their wider applicability. In this work, we address this limitation by proposing RM-VLM, a novel approach in which a large language model (LLM) generates an RM from a natural-language task description, and a vision-language model (VLM) acts as the labelling function, grounding the RM's propositions over image-based observations during RM-guided policy learning. A VLM-based value function estimator is used to assess the agent's progress towards each RM transition and derive a dense reward signal. We evaluate RM-VLM on three domains covering non-Markovian grid-world navigation, robotic manipulation, and 3D object collection. Our experimental results show that RM-VLM consistently achieves higher task success rates than existing VLM-based reward methods across all tested domains.

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