論文の概要: Improved Off-policy Reinforcement Learning in Biological Sequence Design

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.04461v1
• Date: Sun, 6 Oct 2024 12:22:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-02 07:16:09.736686
• Title: Improved Off-policy Reinforcement Learning in Biological Sequence Design
• Title（参考訳）: 生物配列設計における外部強化学習の改善
• Authors: Hyeonah Kim, Minsu Kim, Taeyoung Yun, Sanghyeok Choi, Emmanuel Bengio, Alex Hernández-García, Jinkyoo Park,
• Abstract要約: 我々は,GFlowNetsをトレーニングするための新しいオフライン検索手法である$delta$-Conservative Searchを紹介した。 キーとなる考え方は、パラメータ$delta$で制御される保守性を組み込んで、検索を信頼できるリージョンに制限することである。 提案手法は,既存の機械学習手法よりずっと優れており,ハイスコアシーケンスの発見が可能であることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 30.335775584871037
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Designing biological sequences with desired properties is a significant challenge due to the combinatorially vast search space and the high cost of evaluating each candidate sequence. To address these challenges, reinforcement learning (RL) methods, such as GFlowNets, utilize proxy models for rapid reward evaluation and annotated data for policy training. Although these approaches have shown promise in generating diverse and novel sequences, the limited training data relative to the vast search space often leads to the misspecification of proxy for out-of-distribution inputs. We introduce $\delta$-Conservative Search, a novel off-policy search method for training GFlowNets designed to improve robustness against proxy misspecification. The key idea is to incorporate conservativeness, controlled by parameter $\delta$, to constrain the search to reliable regions. Specifically, we inject noise into high-score offline sequences by randomly masking tokens with a Bernoulli distribution of parameter $\delta$ and then denoise masked tokens using the GFlowNet policy. Additionally, $\delta$ is adaptively adjusted based on the uncertainty of the proxy model for each data point. This enables the reflection of proxy uncertainty to determine the level of conservativeness. Experimental results demonstrate that our method consistently outperforms existing machine learning methods in discovering high-score sequences across diverse tasks-including DNA, RNA, protein, and peptide design-especially in large-scale scenarios.
• Abstract（参考訳）: 生物配列を望ましい性質で設計することは、組合せ的に広大な探索空間と、それぞれの候補配列を評価するコストが高いため、大きな課題である。 これらの課題に対処するため、GFlowNetsのような強化学習(RL)手法では、プロキシモデルを用いて迅速な報酬評価を行い、アノテートされたデータをポリシートレーニングに利用する。 これらの手法は、多種多様な新しいシーケンスを生成する上で有望であるが、膨大な検索空間に対する限られたトレーニングデータはしばしば、配布外入力のプロキシの誤特定につながる。 我々は,GFlowNetsを訓練し,プロキシの誤特定に対するロバスト性を改善するための,新しいオフライン検索手法である$\delta$-Conservative Searchを紹介した。 キーとなる考え方は、パラメータ$\delta$によって制御される保守性を組み込んで、検索を信頼できるリージョンに制限することである。 具体的には、パラメータ$\delta$のベルヌーイ分布でランダムにトークンをマスキングし、GFlowNetポリシを使用してマスキングトークンをデノイズすることで、高スコアのオフラインシーケンスにノイズを注入する。 さらに$\delta$は、各データポイントに対するプロキシモデルの不確実性に基づいて適応的に調整される。 これにより、プロキシの不確実性の反映が保守性のレベルを決定することができる。 実験結果から,DNA,RNA,タンパク質,ペプチドなど多種多様なタスクにまたがるハイスコア配列の発見において,既存の機械学習手法よりも一貫して優れており,特に大規模シナリオにおいてその性能が向上することが示唆された。

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