In this paper, we present the Federated Upper Confidence Bound Value Iteration algorithm ($\texttt{Fed-UCBVI}$), a novel extension of the $\texttt{UCBVI}$ algorithm (Azar et al., 2017) tailored for the federated learning framework. We prove that the regret of $\texttt{Fed-UCBVI}$ scales as $\tilde{\mathcal{O}}(\sqrt{H^3 |\mathcal{S}| |\mathcal{A}| T / M})$, with a small additional term due to heterogeneity, where $|\mathcal{S}|$ is the number of states, $|\mathcal{A}|$ is the number of actions, $H$ is the episode length, $M$ is the number of agents, and $T$ is the number of episodes. Notably, in the single-agent setting, this upper bound matches the minimax lower bound up to polylogarithmic factors, while in the multi-agent scenario, $\texttt{Fed-UCBVI}$ has linear speed-up. To conduct our analysis, we introduce a new measure of heterogeneity, which may hold independent theoretical interest. Furthermore, we show that, unlike existing federated reinforcement learning approaches, $\texttt{Fed-UCBVI}$'s communication complexity only marginally increases with the number of agents.


翻译:本文提出联邦上置信界值迭代算法($\texttt{Fed-UCBVI}$),这是对$\texttt{UCBVI}$算法(Azar等人,2017)的创新型扩展,专为联邦学习框架设计。我们证明$\texttt{Fed-UCBVI}$的遗憾上界为$\tilde{\mathcal{O}}(\sqrt{H^3 |\mathcal{S}| |\mathcal{A}| T / M})$,其中包含由异构性导致的微小附加项。此处$|\mathcal{S}|$表示状态数,$|\mathcal{A}|$表示动作数,$H$为回合长度,$M$为智能体数量,$T$为回合总数。值得注意的是,在单智能体场景中,该上界在多项式对数因子范围内达到极小极大下界;而在多智能体场景中,$\texttt{Fed-UCBVI}$具有线性加速特性。为完成理论分析,我们引入了一种新的异构性度量方法,该方法可能具有独立的学术价值。此外,与现有联邦强化学习方法不同,$\texttt{Fed-UCBVI}$的通信复杂度仅随智能体数量边际增长。

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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
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
1+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
0+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
1+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
Arxiv
1+阅读 · 2024年12月11日
VIP会员
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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
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
1+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
0+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
1+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员