Mean-field reinforcement learning (MF-RL) scales multi-agent RL to large populations by reducing each agent's dependence on others to a single summary statistic -- the mean action. However, this reduction requires every agent to act at every time step; when some agents are idle, the mean action is simply undefined. Addressing asynchrony therefore requires a different summary statistic -- one that remains defined regardless of which agents act. The population distribution $μ\in Δ(\mathcal{O})$ -- the fraction of agents at each observation -- satisfies this requirement: its dimension is independent of $N$, and under exchangeability it fully determines each agent's reward and transition. Existing MF-RL theory, however, is built on the mean action and does not extend to $μ$. We therefore construct the Temporal Mean Field (TMF) framework around the population distribution $μ$ from scratch, covering the full spectrum from fully synchronous to purely sequential decision-making within a single theory. We prove existence and uniqueness of TMF equilibria, establish an $O(1/\sqrt{N})$ finite-population approximation bound that holds regardless of how many agents act per step, and prove convergence of a policy gradient algorithm (TMF-PG) to the unique equilibrium. Experiments on a resource selection game and a dynamic queueing game confirm that TMF-PG achieves near-identical performance whether one agent or all $N$ act per step, with approximation error decaying at the predicted $O(1/\sqrt{N})$ rate.


翻译:均值场强化学习(MF-RL)通过将每个智能体对其他智能体的依赖简化为单一汇总统计量——平均动作,将多智能体强化学习扩展到大规模群体。然而,这种简化要求每个智能体在每个时间步都采取行动;当部分智能体处于闲置状态时,平均动作便无法定义。因此,处理异步性需要一种不同的汇总统计量——一种无论哪些智能体行动都能保持定义的统计量。群体分布 $μ\in Δ(\mathcal{O})$——即处于每个观测状态的智能体比例——满足此要求:其维度与 $N$ 无关,且在可交换性条件下,它完全决定了每个智能体的奖励与状态转移。然而,现有的 MF-RL 理论建立在平均动作的基础上,无法推广到 $μ$。为此,我们围绕群体分布 $μ$ 从头构建了时序均值场(TMF)框架,该框架在单一理论内涵盖了从完全同步到纯序贯决策的完整谱系。我们证明了 TMF 均衡的存在性与唯一性,建立了一个与每步行动的智能体数量无关的 $O(1/\sqrt{N})$ 有限群体近似界,并证明了策略梯度算法(TMF-PG)收敛于唯一均衡。在资源选择博弈和动态排队博弈上的实验证实,无论每步有一个智能体还是全部 $N$ 个智能体行动,TMF-PG 都能达到近乎相同的性能,且近似误差以理论预测的 $O(1/\sqrt{N})$ 速率衰减。

0
下载
关闭预览

相关内容

《深度强化学习在集群系统中的应用》31页论文
专知会员服务
61+阅读 · 2023年3月14日
强化学习的简要总结,18页pdf
专知会员服务
59+阅读 · 2023年1月7日
基于模型的强化学习综述
专知
42+阅读 · 2022年7月13日
【MIT博士论文】数据高效强化学习,176页pdf
【总结】强化学习需要批归一化(Batch Norm)吗?
深度强化学习实验室
28+阅读 · 2020年10月8日
多智能体强化学习(MARL)近年研究概览
PaperWeekly
39+阅读 · 2020年3月15日
【强化学习】强化学习+深度学习=人工智能
产业智能官
55+阅读 · 2017年8月11日
国家自然科学基金
44+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
23+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
Arxiv
0+阅读 · 2月4日
VIP会员
最新内容
世界模型入门:从序贯决策到通用智能体
专知会员服务
8+阅读 · 10月24日
军事域更好使用人工智能的实用指南
专知会员服务
10+阅读 · 10月22日
《衡量语言模型中的作战规划能力》
专知会员服务
14+阅读 · 10月20日
Maven智能系统:帕兰提尔军事人工智能平台详解
专知会员服务
17+阅读 · 10月20日
《测试自动化框架在敏捷软件开发中的角色》
专知会员服务
9+阅读 · 10月20日
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
13+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
19+阅读 · 10月15日
相关基金
国家自然科学基金
44+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
12+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
23+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