2025-02-03 10:35 北京
破解操作系统智能交互难题。
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本文作者王晓强，加拿大蒙特利尔大学（Université de Montréal）和 Mila 人工智能研究所博士生，师从刘邦教授。博士期间的主要研究方向为自然语言处理，重点关注大语言模型的能力评估及其在智能体中的应用。目前已在自然语言处理领域的顶级会议 ACL、EMNLP 等发表多篇论文。
在人工智能的宏大发展蓝图里，通用人工智能（AGI）堪称研究者们梦寐以求的 「圣杯」，其终极目标是打造出像人类一样拥有广泛且灵活智能的系统，能够理解、学习并胜任几乎所有任务。在迈向这个目标的征程中，实现人工智能与数字世界的高效交互至关重要，而桌面任务 UI 自动化更是其中的关键赛道。
想象一下，未来我们只需轻松说出指令，电脑就能自动完成各种复杂操作，繁琐的手动操作成为历史，工作效率大幅提升，这样的场景是不是很令人期待？
去年，Anthropic 发布的 Computer use 为 AI 在桌面操作领域带来了新突破。它允许开发者通过 API，让 Claude 像人类一样操作计算机，极大拓展了 AI 在桌面操作领域的应用场景。
今年一月份，OpenAI 重磅推出的 Computer Using Agent（CUA）也备受瞩目，其赋能的 Operator 凭借 GPT-4o 的视觉能力，能够 「看懂」网站并与之交互，还可在 ChatGPT 界面自动执行多种常规浏览器任务。
与它们采用商用 API 不同，今天要给大家介绍一个来自加拿大蒙特利尔大学和 Mila 研究所的研究团队的开源解决方案 ——OSCAR（Operating System Control via state-Aware reasoning and Re-planning）。
OSCAR 不仅实现了桌面任务 UI 自动化，还在多个操作系统环境（桌面 Windows、Ubuntu 和智能手机 Android）完成了泛化与验证。目前，该研究已被 AI 领域顶级会议 ICLR 录用。下面，就让我们深入了解一下它的创新之处。
论文题目：OSCAR: Operating System Control via State-Aware Reasoning and Re-Planning
操作系统 UI 交互自动化面临的挑战：
动态自适应难题
基于多模态大型语言模型（MLLM）的智能体（Agent）在复杂任务自动化领域表现出色，广泛应用于网络浏览、游戏、软件开发等场景，但不同应用的观察和动作空间差异极大，导致智能体通用性差，难以适应复杂工作流。
此外，以往的 UI 交互智能体多在静态离线的环境中开发，靠视觉问答和预设动作路径操作，缺乏操作系统实时反馈，任务失败时无法动态自适应。在现实应用中，实时反馈和自适应调整对适应新的 UI 环境至关重要，比如 「打开某文件并打印」 有多种操作路径，可通过开始菜单搜索，也能直接导航路径，但传统智能体难以应对这种多样性。
具体构建通用 UI 交互智能体面临以下挑战：
统一控制接口难题：智能体需熟练运用鼠标、键盘等标准输入方式，精准理解视觉信息并转化为指令，在不同应用中稳定高效操作。
UI 定位困境：智能体要能解读屏幕信息，精准识别各类元素，如网页搜索时准确找到搜索框并正确交互，对其理解和定位能力要求高。
新 UI 探索与重规划挑战：智能体需像人类面对陌生软件一样，具备动态探索和调整计划的能力，能处理软件崩溃等意外，依据反馈优化策略。
OSCAR 的独特设计：
灵活状态机与动态重规划的巧妙结合
为解决上述难题，研究团队推出 OSCAR。它以代码为核心控制方式，与动态操作系统环境自主交互，创新点如下：
状态机架构：OSCAR 采用状态机模式，通过 [Init]（初始化）、[Observe]（观察）、[Plan]（规划）、[Execute]（执行）、[Verify]（验证）等状态循环，处理任务各环节。遇到问题时利用实时反馈重新规划，比传统方式效率更高、适应性更强。
OSCAR 状态机
视觉和语义双重 UI 定位：OSCAR 利用 Set-of-Mark（SoM）提示技术和可访问性（A11Y）树生成视觉提示，精准定位 UI 元素；同时添加描述性标签进行语义定位，便于把握 UI 布局，灵活操作元素。
OSCAR 视觉和语义双重 UI 定位
任务驱动重新规划：受计划 - 解决提示（plan-and-solve）启发，OSCAR 将用户指令分解为子任务并逐步生成动作。收到负面反馈时，针对特定子任务重新规划，避免整体重规划，提高效率并防止错误传播。
基于代码的动作：OSCAR 借助生成的语义定位信息，利用元素 ID 或坐标引用交互元素，通过 PyAutoGUI 库生成控制代码，精确控制操作系统。
OSCAR 任务分解与重规划
OSCAR 实验验证：
UI 理解、定位和动态导航能力的实力认证
研究人员在 GAIA、OSWorld、AndroidWorld 等多个真实世界工作流自动化基准测评数据集中对 OSCAR 进行了评估，这些基准涵盖了不同难度和类型的任务，包括简单操作、复杂多步骤任务以及跨多种应用的任务。
1. 基准测评成绩突出：在 GAIA 基准测试中，OSCAR 在所有工作流复杂程度级别上都表现最佳。尤其是在最复杂的 Level 3 任务上，成功率达到 13.5%，几乎是之前最先进方法的两倍。在 OSWorld 和 AndroidWorld 基准测评中，OSCAR 同样超越其他智能体，展现出强大的适应性。
6a. GAIA 基准测评
6b. OSWorld 基准测评
6c. AndroidWorld 基准测评
OSCAR 在基准测评 GAIA, OSWorld 和 AndroidWorld 中取得最好水平
2. 规划效率优势显著：
在成功案例中，OSCAR 成功案例所需重新规划次数更少，而且每次重新规划的步骤更高效
在失败案例中，OSCAR 在错误完成（FC）、达到步骤限制（RSL）和无效动作（IA）这些情况中的重新规划冗余度（RR）明显低于其他智能体系统
结语：开启操作系统交互新时代
OSCAR 作为通用智能体，凭借灵活的状态机和动态的重新规划能力，在桌面和智能手机操作系统任务中展现出强大的适应性和有效性。它为自动化工作流提供了高效通用的解决方案，有望成为提升动态操作系统环境生产力的有力工具，让操作系统交互变得更加便捷、高效、易访问。而且，凭借其开源特性，未来 OSCAR 还将在众多开发者的共同努力下不断进化，持续助力通用人工智能与数字世界实现完美交互。
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