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经过 600 次实验,我对 JEPA 世界模型的发现

Translation(model translation, not the source's own text)

经过 600 次实验,以下是我对 JEPA 世界模型的发现

无需任何额外训练即可解决长

精确物理带来了 20 分提升。把任务切成 25 步一段,而每段的长度正是 LeWM 已经几乎能完美处理的长度,带来了近 60 分提升。LeWM 有用的规划视界约为 25 步,所以很明显,要更进一步,就是把这些长度的段串联起来。

LeWM 的规划视界约为 25 步

这就是分层规划:高层挑选子目标,低层到达这些子目标。它被广泛认为是世界模型的主要开放问题之一,而在 Push-T 上,它的价值是换入精确物理的三倍。

额外的搜索不能替代它。把规划器运行四次并保留代价最低的计划,花费了四倍计算量,却只增加了不到 1 分,因为这四次运行几乎总是一起成功或一起失败。

这个实验中的子目标来自专家演示,而部署后的机器人不会有这种演示。第二种方法消除了这种依赖。

2. 一张在每次跳转上都带代价的潜在记忆图

LeWM 在该任务的专家演示上训练,其编码器可以嵌入这些演示的每一帧,得到约 460,000 个嵌入状态,我把它们连接成一张图。每个状态链接到它自己演示中紧随其后的状态,也链接到其他演示中在嵌入空间里接近的状态。为了求解长视界任务,规划器在这张图中搜索一条从当前状态到目标的路径,并把这条路径上的状态用作子目标。

只有当嵌入空间中的距离具有物理意义时,这才能成立,而它确实有。取一个机器人能在 25 步内到达的子目标和一个它无法到达的子目标,LeWM 的嵌入距离在 87% 的情况下把可到达的那个排得更近。因此,嵌入空间同时也可充当一张机器人能到达什么的地图。

第一个版本有一个缺陷。在两个不同演示中的邻近状态之间跳转,代价和真实的一步相同,所以搜索把跳转串成方块永远无法跟随的路径(1,015 个计划中有 318 个尝试使用六次或更多跳转)。修复方法是给图中演示之间的每次跳转都加上代价。仅使用 LeWM 自己对过去演示的嵌入,在同样的 250 个长视界任务(目标在 75 步之外)上,成功率从 62% 提升到 85%,这与使用专家子目标的规划器得到的分数相同。这已经好得不能再好了,对吧?

通过演示记忆进行规划

标准 Push-T 测试比看起来更容易

但需要注意的是,标准测试取一个演示,让机器人从该演示的中途开始,并把目标设在同一条演示再往后固定步数处。这是一个合理的设计,但在 Push-T 中,每个演示结束时方块都在同一个位置。因此,每个测试目标都位于演示已经走过的路径上,通向它们全都结束的那个位置。对于标准测试 84% 的目标,记忆图中已经存有来自另一个演示的几乎相同的状态。

通常的样本也很小。在官方的 50 个回合中,当目标在 50 步之外时,LeWM 成功率为 68%。在按同样方式抽取的 250 个新回合中,它只成功了 44%。只改变规划器的随机种子,250 个回合中就有 38 个在成功与失败之间翻转。

于是,我决定构建一个更难的测试:每个任务从一个演示中取起点,从另一个演示中取目标,因此机器人必须在没有任何单个演示连接起来的状态之间移动。只有当方块在最后 10 步都保持在目标上时,才算成功。在这些规则下,记忆图规划器在标准任务上的成功率为 75%,在新任务上为 45%。我找到的第三种和第四种方法正是针对这一差距起作用。

3. 用变换后的记忆填补记忆中的空缺

记忆图的好坏取决于它的覆盖范围。当我删除目标附近所有已存储状态时,成功率从 93% 下降到 32%。

在进行了 600 次实验后,我对 JEPA 世界模型的发现

Push-T 在这方面有一个有用的对称性。推动方块的物理规律不会因为你平移、旋转或镜像整张桌子而改变。因此,当图中目标附近没有状态时,它可以从其他地方取演示片段,对它们进行变换以填补空缺,并通过这些片段进行规划。借助这些变换后的片段,成功率回升到了 85%。它们还能让一个小型记忆发挥远超其规模的作用(仅用 1% 的演示加上变换副本构建的图,表现与用 10% 构建的图大致相当)。

用变换后的演示填补记忆中的空缺

方块到达了目标,250 个长时程任务(目标在 75 步之外)

在更难的测试中,变换后的片段将成功率从 45% 提升到 56%,并且在演示最稀疏的地方帮助最大。当目标位于演示所流动的方向上时,记忆图规划器已经有 69% 的成功率。当目标位于相反方向时,普通记忆的成功率为 27%,变换后记忆为 46%。

更难的测试,按目标所在方向划分

每行约 83 个任务

成功率

4. 代价是“错误”的

我还构建了一个交互式演示,可以任意放置方块并选择任意目标。目标必须是一张图像,而场景图像必须在某处显示推杆,所以我把推杆放在目标正后方。在一次运行中,机器人将方块推到了距离目标 14 像素以内,足够近,可以算作已解决。然后它把方块推离目标,并持续将推杆移向目标图像中推杆所在的位置。

更难的测试中的目标是专家演示的帧,因此每一帧也显示了专家当时的推杆恰好在哪里。一个将预测与整个目标图像进行比较的规划器,也会试图把推杆放到那里。

为了衡量这有多重要,我把模型从问题中移除。我在更难的测试的同样 50 个任务上运行了两次精确物理规划器,唯一的区别是代价函数是否同时包含推杆的位置和方块的位置。

方块保持在目标上,同样的 50 个任务

精确物理规划器

当排除推杆时,有 30 个任务从失败变为成功,而没有任务朝相反方向变化。这样的分化随机发生的概率约为十亿分之二。这里的物理来自实际模拟器,而非预测,所以 4 倍的成功率提升来自于目标的创建方式。

对推杆进行评分的规划器完全按照要求执行。在翻转的 30 个任务中,它将推杆移到了目标图像所放置位置的半个像素以内,但途中丢失了方块。将 T 和推杆同时放在精确的目标位置是一个更难解决的问题。

包含推杆与不包含推杆

但 LeWM 不能简单地被告知忽略推杆。它通过两个嵌入之间的距离来给规划打分,而它对目标图像的嵌入将方块和推杆放在一起,没有任何部分被标记为“推杆”。因此,作为测试,我衡量了规划器改为在推杆上搜索能取得多大进展。它将每个预测与目标图像的 16 个版本进行比较,所有版本中方块都在同一位置,推杆被移动到从存储的演示中取得的位置,并保留最接近的匹配。这在没有重新训练的情况下,将 LeWM 在更难的测试上的成功率翻倍,从 11% 提升到 23%。

一个目标的十六个版本

这适用于任何机器人,因为目标应该只是一组终止状态,而不是一张图像的副本。“把杯子放到架子上”无论机器人的手臂最终停在哪里都算解决,但目标图像只选定了一个手臂位置并让规划器去匹配它。一个好的目标接受所有能解决任务的终止状态,并且仍然包含任务对机器人的要求,比如最终静止下来。

好消息是,大型演示集已经包含了许多同一物体在同一位置的真实帧,每一帧中机器人处于不同的位置。将规划与这些目标中最接近的一个进行评分,允许为更大的有效终止状态集合进行规划。

接下来是什么

这四项发现都不会改变模型的权重。它们适用于已发表的 LeWM,也应当能以零额外训练成本迁移到采用相同规划方式的更大 JEPA 世界模型上。

目前剩下的最大开放问题,是泛化到没有完美示范的任务。在更难的 Push-T 测试中,最佳规划器有 56% 的时间能把方块保持在目标位置,而其余失败大多来自与数据方向相悖的目标。要弥合这一差距,需要一个更高层,能够提出超出示范范围的自有子目标,并且要比当今的学习式层级结构(如 H-JEPA [4])做得更好——后者目前在 Push-T 上只能与扁平的 LeWM 持平或略优。

LeWM 之上的分层子目标规划器

一开始我以为 LeWM 的预测会是瓶颈,但一个小到几小时就能训练完的 JEPA,其预测能力已经和模拟器本身差不多,而且只要改变规划方式,就能获得若干收益。它目前还做不到的是,在没有示范出现过的地方自行选择子目标。这正是我当前在做的工作,如果你想看更多,我会先在 X 上发布,@haddyalchaer。

参考文献

  • [1] Y. LeCun, A Path Towards Autonomous Machine Intelligence. OpenReview, 2022.
  • [2] L. Maes, Q. Le Lidec, D. Scieur, Y. LeCun, and R. Balestriero, LeWorldModel: Stable End-to-End Joint-Embedding Predictive Architecture from Pixels. arXiv:2603.19312, 2026.
  • [3] C. Chi et al., Diffusion Policy: Visuomotor Policy Learning via Action Diffusion. RSS, 2023.
  • [4] W. Zhang, B. Terver, M. Rabbat, Y. LeCun, and R. Balestriero, H-JEPA: End-to-End Learning of Hierarchical World Models for Visual Planning. arXiv:2610.06805, 2026.

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Published by Hacker News
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