生物体在熟悉的环境中导航时,并不是为每个新目标重新求解路径,而是利用一次学习得到的认知地图并在目标变化时直接读取。现有的人工认知地图模型虽然也实现了这种复用,但其路径引导并未显式基于可加的异构路段代价,且往往采用基于状态索引的高秩谱表示,导致随环境规模增长而出现显著的存储膨胀。
为了解决上述问题,我们提出 BCM(Bellman‑Grounded Cognitive Map),其核心贡献包括:
- 贝尔曼自监督目标:通过最小化 $$\mathcal{L}= \sum_{s}\bigl\|V(s)-\min_{a}[c(s,a)+V(s')]\bigr\|^{2}$$ 将局部边代价 $c(s,a)$ 直接写入认知地图,使得地图能够在任意目标下即时查询最短加权路径。
- 紧凑坐标编码:采用低维坐标向量 $\mathbf{z}_s\in\mathbb{R}^d$ 表示每个状态,代替高秩谱矩阵,实现子线性内存增长。
在 $N=1600$ 节点的加权网格上,BCM 的成功率保持 100%,相对精确 Dijkstra 搜索的平均 Gap 仅为 $5\%$,而基于连通性的谱基线约为 $45\%$。更重要的是,当图规模从 $N=400$ 增至 $N=3600$ 时,内存占用呈子线性增长,仍保持竞争性能,展示了对大规模复杂环境的可扩展性。
综上,BCM 将可加路段代价写入紧凑且可复用的认知地图,实现了生物灵活性与最优路径规划之间的桥梁。
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