Cooperative multi-agent reinforcement learning (MARL) requires agents to explore to learn to cooperate. Existing value-based MARL algorithms commonly rely on random exploration, such as $\epsilon$-greedy, which is inefficient in discovering multi-agent cooperation. Additionally, the environment in MARL appears non-stationary to any individual agent due to the simultaneous training of other agents, leading to highly variant and thus unstable optimisation signals. In this work, we propose ensemble value functions for multi-agent exploration (EMAX), a general framework to extend any value-based MARL algorithm. EMAX trains ensembles of value functions for each agent to address the key challenges of exploration and non-stationarity: (1) The uncertainty of value estimates across the ensemble is used in a UCB policy to guide the exploration of agents to parts of the environment which require cooperation. (2) Average value estimates across the ensemble serve as target values. These targets exhibit lower variance compared to commonly applied target networks and we show that they lead to more stable gradients during the optimisation. We instantiate three value-based MARL algorithms with EMAX, independent DQN, VDN and QMIX, and evaluate them in 21 tasks across four environments. Using ensembles of five value functions, EMAX improves sample efficiency and final evaluation returns of these algorithms by 53%, 36%, and 498%, respectively, averaged all 21 tasks.


翻译:协同多智能体强化学习需要智能体通过探索来学习合作。现有的基于价值的MARL算法通常依赖随机探索(如$\epsilon$-贪心策略),这在发现多智能体协作方面效率低下。此外,由于其他智能体同时训练,MARL环境对任一智能体而言均呈现非平稳性,导致优化信号高度变异且不稳定。本文提出了一种用于多智能体探索的集成价值函数框架EMAX,该通用框架可扩展至任何基于价值的MARL算法。EMAX为每个智能体训练价值函数集成,以应对探索与非平稳性的关键挑战:(1) 利用集成中价值估计的不确定性,通过UCB策略引导智能体探索环境中需要协作的区域;(2) 集成中的平均价值估计作为目标值,与常用的目标网络相比,这些目标值方差更低,且我们证明其可在优化过程中产生更稳定的梯度。我们将EMAX实例化到三种基于价值的MARL算法(独立DQN、VDN和QMIX)中,并在四个环境的21个任务上进行了评估。通过使用五个价值函数的集成,EMAX使这些算法的采样效率和最终评估回报分别平均提升了53%、36%和498%(基于全部21个任务的均值)。

0
下载
关闭预览

相关内容

智能体,顾名思义,就是具有智能的实体,英文名是Agent。
JCIM丨DRlinker:深度强化学习优化片段连接设计
专知会员服务
7+阅读 · 2022年12月9日
【NeurIPS 2021】设置多智能体策略梯度的方差
专知会员服务
21+阅读 · 2021年10月24日
专知会员服务
17+阅读 · 2020年12月4日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
量化金融强化学习论文集合
专知
14+阅读 · 2019年12月18日
17种深度强化学习算法用Pytorch实现
新智元
31+阅读 · 2019年9月16日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
50+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
9+阅读 · 今天7:47
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
专知会员服务
2+阅读 · 今天7:37
以人工智能为中心的指挥控制
专知会员服务
1+阅读 · 今天7:14
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
11+阅读 · 6月10日
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
11+阅读 · 6月10日
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
5+阅读 · 6月10日
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
16+阅读 · 6月10日
相关资讯
量化金融强化学习论文集合
专知
14+阅读 · 2019年12月18日
17种深度强化学习算法用Pytorch实现
新智元
31+阅读 · 2019年9月16日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24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
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
50+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员