On-policy reinforcement learning (RL) algorithms perform policy updates using i.i.d. trajectories collected by the current policy. However, after observing only a finite number of trajectories, on-policy sampling may produce data that fails to match the expected on-policy data distribution. This sampling error leads to noisy updates and data inefficient on-policy learning. Recent work in the policy evaluation setting has shown that non-i.i.d., off-policy sampling can produce data with lower sampling error than on-policy sampling can produce. Motivated by this observation, we introduce an adaptive, off-policy sampling method to improve the data efficiency of on-policy policy gradient algorithms. Our method, Proximal Robust On-Policy Sampling (PROPS), reduces sampling error by collecting data with a behavior policy that increases the probability of sampling actions that are under-sampled with respect to the current policy. Rather than discarding data from old policies -- as is commonly done in on-policy algorithms -- PROPS uses data collection to adjust the distribution of previously collected data to be approximately on-policy. We empirically evaluate PROPS on both continuous-action MuJoCo benchmark tasks as well as discrete-action tasks and demonstrate that (1) PROPS decreases sampling error throughout training and (2) improves the data efficiency of on-policy policy gradient algorithms. Our work improves the RL community's understanding of a nuance in the on-policy vs off-policy dichotomy: on-policy learning requires on-policy data, not on-policy sampling.


翻译:同策略强化学习(RL)算法使用由当前策略收集的独立同分布轨迹进行策略更新。然而,在仅观察到有限数量的轨迹后,同策略采样可能产生不符合预期同策略数据分布的数据。这种采样误差会导致更新噪声增大,并降低同策略学习的数据效率。近期策略评估领域的研究表明,非独立同分布的异策略采样产生的数据,其采样误差可低于同策略采样。受此观察启发,我们提出一种自适应的异策略采样方法,旨在提升同策略策略梯度算法的数据效率。我们的方法——近端鲁棒同策略采样(PROPS),通过使用一种行为策略收集数据来降低采样误差,该行为策略能提升对当前策略而言欠采样动作的采样概率。与同策略算法中常见做法不同,PROPS并不丢弃来自旧策略的数据,而是通过数据收集将先前收集数据的分布调整为近似同策略分布。我们在连续动作的MuJoCo基准任务以及离散动作任务上对PROPS进行了实证评估,结果表明:(1)PROPS在训练全程中降低了采样误差,(2)提升了同策略策略梯度算法的数据效率。本研究加深了RL社区对同策略与异策略二分法中细节的理解:同策略学习需要的是同策略数据,而非同策略采样。

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