This paper is concerned with the sample efficiency of reinforcement learning, assuming access to a generative model (or simulator). We first consider $\gamma$-discounted infinite-horizon Markov decision processes (MDPs) with state space $\mathcal{S}$ and action space $\mathcal{A}$. Despite a number of prior works tackling this problem, a complete picture of the trade-offs between sample complexity and statistical accuracy is yet to be determined. In particular, all prior results suffer from a severe sample size barrier, in the sense that their claimed statistical guarantees hold only when the sample size exceeds at least $\frac{|\mathcal{S}||\mathcal{A}|}{(1-\gamma)^2}$. The current paper overcomes this barrier by certifying the minimax optimality of two algorithms -- a perturbed model-based algorithm and a conservative model-based algorithm -- as soon as the sample size exceeds the order of $\frac{|\mathcal{S}||\mathcal{A}|}{1-\gamma}$ (modulo some log factor). Moving beyond infinite-horizon MDPs, we further study time-inhomogeneous finite-horizon MDPs, and prove that a plain model-based planning algorithm suffices to achieve minimax-optimal sample complexity given any target accuracy level. To the best of our knowledge, this work delivers the first minimax-optimal guarantees that accommodate the entire range of sample sizes (beyond which finding a meaningful policy is information theoretically infeasible).


翻译:本文关注强化学习的样本效率问题,假设可访问生成模型(或模拟器)。我们首先考虑具有状态空间$\mathcal{S}$和动作空间$\mathcal{A}$的$\gamma$折扣无限时域马尔可夫决策过程(MDP)。尽管已有大量研究解决该问题,但样本复杂度与统计精度之间的权衡关系尚未完全明确。具体而言,所有先前的研究结果都受到严重的样本量壁垒制约——其声称的统计保证仅在样本量至少达到$\frac{|\mathcal{S}||\mathcal{A}|}{(1-\gamma)^2}$时才成立。本文通过证明两种算法(一种基于扰动的模型算法和一种保守的模型算法)在样本量超过$\frac{|\mathcal{S}||\mathcal{A}|}{1-\gamma}$量级(忽略对数因子)后即达到极小化最优性,从而突破了这一壁垒。超越无限时域MDP,我们进一步研究时间非齐次有限时域MDP,并证明简单的基于模型的规划算法即可在任意目标精度下实现极小化最优样本复杂度。据我们所知,本文首次提供了覆盖完整样本量范围(超出该范围后寻找有意义策略在信息论上不可行)的极小化最优性保证。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
浅聊对比学习(Contrastive Learning)第一弹
PaperWeekly
1+阅读 · 2022年6月10日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
强化学习初探 - 从多臂老虎机问题说起
专知
10+阅读 · 2018年4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
2+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
1+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
2+阅读 · 2012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
0+阅读 · 2012年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月8日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月8日
Arxiv
29+阅读 · 2023年2月10日
Arxiv
31+阅读 · 2023年1月8日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
8+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
浅聊对比学习(Contrastive Learning)第一弹
PaperWeekly
1+阅读 · 2022年6月10日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
强化学习初探 - 从多臂老虎机问题说起
专知
10+阅读 · 2018年4月3日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
相关论文
相关基金
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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+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
2+阅读 · 2012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
0+阅读 · 2012年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员