In this paper, we study the offline RL problem with linear function approximation. Our main structural assumption is that the MDP has low inherent Bellman error, which stipulates that linear value functions have linear Bellman backups with respect to the greedy policy. This assumption is natural in that it is essentially the minimal assumption required for value iteration to succeed. We give a computationally efficient algorithm which succeeds under a single-policy coverage condition on the dataset, namely which outputs a policy whose value is at least that of any policy which is well-covered by the dataset. Even in the setting when the inherent Bellman error is 0 (termed linear Bellman completeness), our algorithm yields the first known guarantee under single-policy coverage. In the setting of positive inherent Bellman error ${\varepsilon_{\mathrm{BE}}} > 0$, we show that the suboptimality error of our algorithm scales with $\sqrt{\varepsilon_{\mathrm{BE}}}$. Furthermore, we prove that the scaling of the suboptimality with $\sqrt{\varepsilon_{\mathrm{BE}}}$ cannot be improved for any algorithm. Our lower bound stands in contrast to many other settings in reinforcement learning with misspecification, where one can typically obtain performance that degrades linearly with the misspecification error.


翻译:本文研究了采用线性函数逼近的离线强化学习问题。我们的主要结构假设是马尔可夫决策过程具有低固有贝尔曼误差,该假设规定线性价值函数相对于贪婪策略具有线性贝尔曼备份。这一假设是自然的,因为它本质上是价值迭代能够成功所需的最小假设。我们提出了一种计算高效的算法,该算法在数据集满足单策略覆盖条件下成功,即能够输出一个策略,其价值至少不低于数据集中充分覆盖的任何策略的价值。即使在固有贝尔曼误差为0(称为线性贝尔曼完备性)的情况下,我们的算法也首次在单策略覆盖条件下提供了已知的保证。在固有贝尔曼误差 ${\varepsilon_{\mathrm{BE}}} > 0$ 的情况下,我们证明了算法次优性误差的缩放与 $\sqrt{\varepsilon_{\mathrm{BE}}}$ 相关。此外,我们证明了次优性随 $\sqrt{\varepsilon_{\mathrm{BE}}}$ 的缩放对于任何算法都无法进一步改进。我们的下界结果与强化学习中许多其他存在模型误设的场景形成对比,在那些场景中,通常可以获得性能随误设误差线性下降的结果。

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