【PlaNet 2】-RSSM机制

包含训练和部署两个阶段,训练阶段RSSM 在被"教",部署阶段,RSSM在实时用

**RSSM(Recurrent State-Space Model)**​ = 一种在潜空间里同时维护"记忆"和"当前感知"、并能基于它们预测未来的世界模型。

RSSM 训练了:(它包含什么)

动力学模型 + 先验网络 + 后验网络 + 观测模型 + 奖励模型训练的参数:
损失函数:(训练目标是什么)

**总损失 = 重建误差(观测模型)

  • 奖励误差(奖励模型)
  • 单步KL(先验 vs 后验)
  • overshooting KL(多步先验 vs 后验) ← 可选但重要**
    部署时用的:
  • 动力学模型 ✅
  • 先验网络 ✅
  • 奖励模型 ✅
  • 后验网络 ❌(只在训练用)
  • 观测模型 ❌(只在训练用)

学完之后,RSSM 就是一个可微的、潜空间里的"物理引擎"。


两个核心状态

符号 名字 性质 作用 类比
ht​ 确定性隐状态 确定性,由GRU维护 压缩"过去一切"成摘要 短期记忆
zt​ 随机潜变量 随机采样,从分布中采 从当前画面提取对决策有用的信息,处理不确定性 当前感知

每一步更新:

复制代码
h_t = f(h_{t-1}, z_{t-1}, a_{t-1})    ← GRU,确定性的
z_t ~ p(z_t | h_t)                     ← 从分布采样,随机的

两个状态的区别

ht​ zt​
记不记得过去 ✅ 记得(GRU传递) ❌ 不记,只看当前
确不确定 确定(固定输出) 不确定(有分布)
靠啥算出来 历史动作+历史状态 当前记忆 ht​
缺了会怎样 忘了之前发生了啥 不知道当前局面细节

两者配合 = 既有记忆,又能处理模糊信息。


先验 vs 后验

先验 后验
看了当前画面没 ❌ 没看 ✅ 看了
输入 只靠记忆 ht​ 记忆 + 上一状态 + 上一动作 + 当前画面
相当于 闭眼猜 睁眼确认
什么时候用 规划未来、部署、预测时 训练时、拿到真实观测时
准不准 大概对 更准确

训练目标:逼先验接近后验(用KL散度),让"闭眼猜"越来越准。


观测模型 & 奖励模型

观测模型 = 从潜状态反推画面的解码器。

输入:(h_t, z_t) → 输出:一张预测的图像 o_t

它的唯一用途:训练时帮 z_t 学到有用的信息。

有了 (ht​,zt​) 之后可以解码:

模型 输入 输出 用途
观测模型 ht​,zt​ 预测像素 ot​ 训练表征用,部署时不用
奖励模型 ht​,zt​ 预测奖励 rt​ 训练和规划都要用

部署时不需要生成画面,只需要奖励模型打分。


训练阶段 vs 部署阶段

训练阶段

复制代码
1. 跟环境交互,收集 (o, a, r) 数据
2. 每一步:
   a. 后验:用真实画面 o_t 得到准确的 z_t
   b. 先验:只用 h_t 预测 z_t(不看画面)
   c. 算 KL 散度:逼先验 ≈ 后验
   d. 观测重建:逼 z_t 包含足够画面信息
   e. 奖励预测:逼状态对控制有用
3. 反复更新参数

训练时既有后验又有先验,用KL逼它们接近。

部署阶段

复制代码
1. 拿到当前画面 → 后验得到起点状态 (h_t, z_t)
2. 以这个状态为起点,用先验往前推(CEM规划)
3. 选最优动作序列的第一步执行
4. 环境反馈新画面 → 回到第1步

部署时:当前帧用后验,想未来用先验,全程不生成像素。

RSSM = 记忆(h) + 感知(z) + 闭眼猜(先验) vs 睁眼确认(后验) + 逼它俩一致(KL)

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