We study the robustness of deep reinforcement learning algorithms against distribution shifts within contextual multi-stage stochastic combinatorial optimization problems from the operations research domain. In this context, risk-sensitive algorithms promise to learn robust policies. While this field is of general interest to the reinforcement learning community, most studies up-to-date focus on theoretical results rather than real-world performance. With this work, we aim to bridge this gap by formally deriving a novel risk-sensitive deep reinforcement learning algorithm while providing numerical evidence for its efficacy. Specifically, we introduce discrete Soft Actor-Critic for the entropic risk measure by deriving a version of the Bellman equation for the respective Q-values. We establish a corresponding policy improvement result and infer a practical algorithm. We introduce an environment that represents typical contextual multi-stage stochastic combinatorial optimization problems and perform numerical experiments to empirically validate our algorithm's robustness against realistic distribution shifts, without compromising performance on the training distribution. We show that our algorithm is superior to risk-neutral Soft Actor-Critic as well as to two benchmark approaches for robust deep reinforcement learning. Thereby, we provide the first structured analysis on the robustness of reinforcement learning under distribution shifts in the realm of contextual multi-stage stochastic combinatorial optimization problems.


翻译:我们研究运营研究领域中,深度强化学习算法在面对上下文多阶段随机组合优化问题中的分布偏移时的鲁棒性。在此背景下,风险敏感算法有望学习鲁棒策略。尽管该领域对强化学习社区具有普遍意义,但迄今多数研究侧重于理论结果而非实际性能。本研究旨在通过形式化推导一种新型风险敏感深度强化学习算法,并为其有效性提供数值证据,从而弥合这一差距。具体而言,我们通过推导熵风险测度下的贝尔曼方程对应Q值版本,引入离散软演员-评论家算法。我们建立了相应的策略改进结论并推演出实用算法。我们构建了代表典型上下文多阶段随机组合优化问题的环境,并开展数值实验以实证验证算法在抵御现实分布偏移时的鲁棒性,同时保持训练分布上的性能不受损失。实验表明,我们的算法优于风险中性软演员-评论家算法以及两种鲁棒深度强化学习基准方法。由此,我们首次针对上下文多阶段随机组合优化问题领域内分布偏移下的强化学习鲁棒性提供了结构化分析。

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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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
29+阅读 · 2022年3月28日
VIP会员
最新内容
基于博弈论的陆军人机协同(长文报告)
专知会员服务
1+阅读 · 今天1:54
美国陆军航空兵:以愿景引领转型
专知会员服务
1+阅读 · 今天1:38
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
14+阅读 · 6月11日
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
5+阅读 · 6月11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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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