Distributional reinforcement learning (DRL) has achieved empirical success in various domains. One of the core tasks in the field of DRL is distributional policy evaluation, which involves estimating the return distribution $\eta^\pi$ for a given policy $\pi$. The distributional temporal difference (TD) algorithm has been accordingly proposed, which is an extension of the temporal difference algorithm in the classic RL literature. In the tabular case, \citet{rowland2018analysis} and \citet{rowland2023analysis} proved the asymptotic convergence of two instances of distributional TD, namely categorical temporal difference algorithm (CTD) and quantile temporal difference algorithm (QTD), respectively. In this paper, we go a step further and analyze the finite-sample performance of distributional TD. To facilitate theoretical analysis, we propose a non-parametric distributional TD algorithm (NTD). For a $\gamma$-discounted infinite-horizon tabular Markov decision process, we show that for NTD we need $\tilde{O}\left(\frac{1}{\varepsilon^{2p}(1-\gamma)^{2p+1}}\right)$ iterations to achieve an $\varepsilon$-optimal estimator with high probability, when the estimation error is measured by the $p$-Wasserstein distance. This sample complexity bound is minimax optimal (up to logarithmic factors) in the case of the $1$-Wasserstein distance. To achieve this, we establish a novel Freedman's inequality in Hilbert spaces, which would be of independent interest. In addition, we revisit CTD, showing that the same non-asymptotic convergence bounds hold for CTD in the case of the $p$-Wasserstein distance.


翻译:分布强化学习(DRL)已在多个领域取得了实证成功。该领域的核心任务之一是分布策略评估,即估计给定策略 $\pi$ 下的回报分布 $\eta^\pi$。为此,分布时序差分(TD)算法应运而生,它是经典强化学习文献中时序差分算法的扩展。在表格情形下,\citet{rowland2018analysis} 和 \citet{rowland2023analysis} 分别证明了分布TD的两种实例——分类时序差分算法(CTD)和分位数时序差分算法(QTD)的渐近收敛性。本文进一步分析分布TD的有限样本性能。为便于理论分析,我们提出了一种非参数分布TD算法(NTD)。对于 $\gamma$ 折扣无限水平表格马尔可夫决策过程,我们证明,当使用 $p$-Wasserstein距离衡量估计误差时,NTD需要 $\tilde{O}\left(\frac{1}{\varepsilon^{2p}(1-\gamma)^{2p+1}}\right)$ 次迭代,才能以高概率获得 $\varepsilon$-最优估计量。在 $1$-Wasserstein距离情形下,该样本复杂度界是极小极大最优的(对数因子除外)。为实现这一结果,我们在希尔伯特空间中建立了新的Freedman不等式,该结果可能具有独立的研究价值。此外,我们重新审视CTD,证明在 $p$-Wasserstein距离情形下,CTD同样满足相同的非渐近收敛界。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2023年1月19日
VIP会员
最新内容
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
1+阅读 · 25分钟前
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
2+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
4+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
4+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
12+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
4+阅读 · 4月24日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员