According to cognitive psychology and related disciplines, the development of complex problem-solving behaviour in biological agents depends on hierarchical cognitive mechanisms. Hierarchical reinforcement learning is a promising computational approach that may eventually yield comparable problem-solving behaviour in artificial agents and robots. However, to date the problem-solving abilities of many human and non-human animals are clearly superior to those of artificial systems. Here, we propose steps to integrate biologically inspired hierarchical mechanisms to enable advanced problem-solving skills in artificial agents. Therefore, we first review the literature in cognitive psychology to highlight the importance of compositional abstraction and predictive processing. Then we relate the gained insights with contemporary hierarchical reinforcement learning methods. Interestingly, our results suggest that all identified cognitive mechanisms have been implemented individually in isolated computational architectures, raising the question of why there exists no single unifying architecture that integrates them. As our final contribution, we address this question by providing an integrative perspective on the computational challenges to develop such a unifying architecture. We expect our results to guide the development of more sophisticated cognitively inspired hierarchical machine learning architectures.


翻译:根据认知心理学和相关学科,生物剂中复杂的解决问题行为的发展取决于等级认知机制。等级强化学习是一种很有希望的计算方法,最终可能会在人工剂和机器人中产生类似的解决问题行为。然而,迄今为止,许多人类和非人类动物的解决问题能力显然优于人工系统。在这里,我们建议采取步骤,整合生物启发的等级机制,以便在人工剂中形成先进的解决问题技能。因此,我们首先审查认知心理学中的文献,以突出组成抽象和预测处理的重要性。然后我们把获得的洞察与当代等级强化学习方法联系起来。有趣的是,我们的结果表明,所有已查明的认知机制都是单独在孤立的计算结构中实施的,从而提出了为什么没有将两者融合在一起的单一统一结构的问题。作为我们的最后贡献,我们通过提供关于计算挑战的综合观点来解决这一问题,以发展这种统一的结构。我们期望我们的成果能指导更精密的认知激励等级机器学习结构的发展。

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