基于观测空间关系提取的多智能体强化学习

针对多智能体系统（multi-agent systems,MAS）中环境具有不稳定性、智能体决策相互影响所导致的策略学习困难的问题,提出了一种名为观测空间关系提取（observation relation extraction,ORE）的方法,该方法使用一个完全图来建模MAS中智能体观测空间不同部分之间的关系,并使用注意力机制来计算智能体观测空间不同部分之间关系的重要程度。通过将该方法应用在基于值分解的多智能体强化学习算法上,提出了基于观测空间关系提取的多智能体强化学习算法。在星际争霸微观场景（StarCraft multi-agent challenge,SMAC）上的实验结果表明,与原始算法相比,带有ORE结构的值分解多智能体算法在收敛速度和最终性能方面都有更好的性能。     

基于双重注意力机制的异步优势行动者评论家算法

深度强化学习是目前机器学习领域发展最快的技术之一.传统的深度强化学习方法在处理高维度大状态的空间任务时,庞大的计算量导致其训练时间过长.虽然异步深度强化学习利用异步方法极大缩短了训练时间,但会忽略某些更具价值的图像区域和图像特征.针对上述问题,本文提出了一种基于双重注意力机制的异步优势行动者评论家算法.新算法利用特征注意力机制和视觉注意力机制来改进传统的异步深度强化学习模型.其中,特征注意力机制为卷积神经网络卷积后的所有特征图设置不同的权重,使得智能体聚焦于重要的图像特征;同时,视觉注意力机制为图像不同区域设置权重参数,权重高的区域表示该区域信息对智能体后续的策略学习有重要价值,帮助智能体更高效地学习到最优策略.新算法引入双重注意力机制,从表层和深层两个角度对图像进行编码表征,帮助智能体将聚焦点集中在重要的图像区域和图像特征上.最后,通过Atari 2600部分经典实验验证了基于双重注意力机制的异步优势行动者评论家算法的有效性.     

MADDPG算法经验优先抽取机制

针对多智能体深度确定性策略梯度算法(MADDPG)学习训练效率低、收敛速度慢的问题,研究MADDPG算法经验优先抽取机制,提出PES-MADDPG算法.首先,分析MADDPG算法的模型和训练方法;然后,改进多智能体经验缓存池,以策略评估函数误差和经验抽取训练频率为依据,设计优先级评估函数,以优先级作为抽取概率获取学习样本训练神经网络;最后,在合作导航和竞争对抗2类环境中进行6组对比实验,实验结果表明,经验优先抽取机制可提高MADDPG算法的训练速度,学习后的智能体具有更好的表现,同时对深度确定性策略梯度算法(DDPG)控制的多智能体训练具有一定的适用性.     

基于值分解的多目标多智能体深度强化学习方法

多智能体深度强化学习方法可应用于真实世界中需要多方协作的场景,是强化学习领域内的研究热点。在多目标多智能体合作场景中,各智能体之间具有复杂的合作与竞争并存的混合关系,在这些场景中应用多智能体强化学习方法时,其性能取决于该方法是否能够充分地衡量各智能体之间的关系、区分合作和竞争动作,同时也需要解决高维数据的处理以及算法效率等应用难点。针对多目标多智能体合作场景,在QMIX模型的基础上提出一种基于目标的值分解深度强化学习方法,并使用注意力机制衡量智能体之间的群体影响力,利用智能体的目标信息实现量两阶段的值分解,提升对复杂智能体关系的刻画能力,从而提高强化学习方法在多目标多智能体合作场景中的性能。实验结果表明,相比QMIX模型,该方法在星际争霸2微观操控平台上的得分与其持平,在棋盘游戏中得分平均高出4.9分,在多粒子运动环境merge和cross中得分分别平均高出25分和280.4分,且相较于主流深度强化学习方法也具有更高的得分与更好的性能表现。     

注意力机制综述

现在注意力机制已广泛地应用在深度学习的诸多领域.基于注意力机制的结构模型不仅能够记录信息间的位置关系,还能依据信息的权重去度量不同信息特征的重要性.通过对信息特征进行相关与不相关的抉择建立动态权重参数,以加强关键信息弱化无用信息,从而提高深度学习算法效率同时也改进了传统深度学习的一些缺陷.从图像处理、自然语言处理、数据预测等不同应用方面介绍了一些与注意力机制结合的算法结构,并对近几年大火的基于注意力机制的transformer和reformer算法进行了综述.鉴于注意力机制的重要性,综述了注意力机制的研究发展,分析了注意力机制目前的发展现状并探讨了该机制未来可行的研究方向.     

一种深度强化学习空间关系与记忆融合方法研究

深度强化学习结合了深度学习在视觉上强大的感知能力来解决复杂环境的序列决策问题，但是由于采样效率低，对于复杂高维数据输入，学习其重要特征较为困难.为了从序列样本中更有效地提取信息，本文提出在深度强化学习中融合空间关系推理和记忆推理(Spatial Relationship Reasoning and Memory Reasoning,SRRMR)的模型结构.模型分为空间关系推理和记忆推理两部分，空间关系推理使用注意力机制作为空间关系学习方法隐式地推理任意两个实体间的关系，注意力机制中的查询向量融合了记忆推理的内容;记忆推理将输入图像的特征和关系作为记忆的输入，利用自注意力与记忆组成部分进行推理和交互，并将交互的结果存储在记忆单元中，使得记忆存储单元融合了空间信息与记忆信息.SRRMR模型在不同种类的Atari游戏中进行了训练和验证，结果表明，空间关系推理与记忆推理的融合在7/15个游戏环境中以更少的交互次数收敛到更好的结果，记忆推理网络在12/15个游戏中获得提升，提升智能体学习效率，更高效地利用序列中的样本，提高了强化学习的样本利用率.     

基于GAED-MADDPG多智能体强化学习的协作策略研究

目前多智能体强化学习算法多采用集中学习,分散行动的框架。该框架存在算法收敛时间过长和可能无法收敛的问题。为了加快多智能体的集体学习时间,提出多智能体分组学习策略。通过使用循环神经网络预测出多智能体的分组矩阵,通过在分组内部共享智能体之间经验的机制,提高了多智能体的团队学习效率;同时,为了弥补分组带来的智能体无法共享信息的问题,提出了信息微量的概念在所有智能体之间传递部分全局信息;为了加强分组内部优秀经验的留存,提出了推迟组内优秀智能体死亡时间的生灭过程。最后,在迷宫实验中,训练时间比MADDPG减少12%;夺旗实验中,训练时间比MADDPG减少17%。     

基于多层注意力机制—柔性AC算法的机器人路径规划

针对行动者—评论家（AC）算法存在的经验学习样本维度高、策略梯度模型鲁棒性低等问题,依据多代理系统的信息协作优势,构建注意力机制网络并作为代理体,引入多层并行注意力机制网络模型对AC算法进行改进,提出一种基于多层并行注意力机制的柔性AC算法。将其用于解决动态未知环境下的机器人路径规划问题,可增强行动者的策略梯度鲁棒性并降低评论家的回归误差,实现机器人路径规划最优方案的快速收敛。实验结果表明,该算法有效克服机器人路径规划的局部最优,具有计算速度快、稳定收敛的优点。     

基于后验经验回放的MAAC多智能体强化学习算法

【目的】针对多智能体强化学习过程中样本利用率低、奖励稀疏、收敛速度慢等问题,提出了一种基于后验经验回放的MAAC(Actor-Attention-Critic for Multi-Agent Reinforcement Learning,MAAC)多智能体强化学习（Hindsight Experience Replay Machanism of MAAC Algorithm,HER-MAAC）算法。【方法】利用失败的探索经验,将依据后验经验回放算法选取的目标重新计算奖励值,存入回放缓冲区中,增大回放缓冲区中成功经验的比例,从而提升样本抽取效率。【结果】实验结果显示,HER-MAAC相较原始MAAC算法,智能体成功率提升,奖励值也明显提高。在典型试验环境下,训练3个智能体胜率提高了7.3%,智能体数量为4时胜率提高8.1%,智能体数目为5时胜率提高5.7%。【结论】研究成果表明,改进后的算法能够有效提升多智能体训练效率。     

面向资源分配问题的Q-CF多智能体强化学习

多智能体强化学习算法在用于复杂的分布式系统时存在着状态空间大、学习效率低等问题.针对网络环境中的资源分配问题对多智能体强化学习算法进行了研究,将Q-学习算法和链式反馈(chain feedback,CF)学习算法相结合,提出了Q-CF多智能体强化学习算法,利用一种称为信息链式反馈的机制实现了多智能体之间的高效协同.仿真...     

深度强化学习算法在智能军事决策中的应用

深度强化学习算法能够很好地实现离散化的决策行为,但是难以运用于高度复杂且行为连续的现代战场环境,同时多智能体环境下算法难以收敛。针对这些问题,提出了一种改进的深度确定策略梯度（DDPG）算法,该算法引入了基于优先级的经验重放技术和单训练模式,以提高算法收敛速度;同时算法中还设计了一种混合双噪声的探索策略,从而实现复杂且连续的军事决策控制行为。采用Unity开发了基于改进DDPG算法的智能军事决策仿真平台,搭建了蓝军步兵进攻红军军事基地的仿真环境,模拟多智能体的作战训练。实验结果显示,该算法能够驱动多作战智能体完成战术机动,实现绕过障碍物抵达优势区域进行射击等战术行为,算法拥有更快的收敛速度和更好的稳定性,可得到更高的回合奖励,达到了提高智能军事决策效率的目的。     

Multi-agent systems with reinforcement hierarchical neuro-fuzzy models

This paper introduces a new multi-agent model for intelligent agents, called reinforcement learning hierarchical neuro-fuzzy multi-agent system. This class of model uses a hierarchical partitioning of the input space with a reinforcement learning algorithm to overcome limitations of previous RL methods. The main contribution of the new system is to provide a flexible and generic model for multi-agent environments. The proposed generic model can be used in several applications, including competitive and cooperative problems, with the autonomous capacity to create fuzzy rules and expand their own rule structures, extracting knowledge from the direct interaction between the agents and the environment, without any use of supervised algorithms. The proposed model was tested in three different case studies, with promising results. The tests demonstrated that the developed system attained good capacity of convergence and coordination among the autonomous intelligent agents.     

稀疏奖励下基于情感的异构多智能体强化学习

在强化学习中,当处于奖励分布稀疏的环境时,由于无法获得有效经验,智能体收敛速度和效率都会大幅下降.针对此类稀疏奖励,文中提出基于情感的异构多智能体强化学习方法.首先,建立基于个性的智能体情感模型,为异构多智能体提供激励机制,作为外部奖励的有效补充.然后,基于上述激励机制,融合深度确定性策略,提出稀疏奖励下基于内在情感激...     

基于值分布的多智能体分布式深度强化学习算法

近年来深度强化学习在一系列顺序决策问题中取得了巨大的成功,使其为复杂高维的多智能体系统提供有效优化的决策策略成为可能.然而在复杂的多智能体场景中,现有的多智能体深度强化学习算法不仅收敛速度慢,而且算法的稳定性无法保证.本文提出了基于值分布的多智能体分布式深度确定性策略梯度算法(multi-agent distribut...     

基于过滤机制筛选信息的多智能体策略方法

多智能体系统在进行协作或竞争时,会面临联合信息空间扩大、智能体间信息提取效率降低的问题.对此,采用增加过滤机制来筛选信息的多智能体强化学习策略方法(FMAC),以增强智能体间信息交流能力.该方法通过找到彼此相关联的智能体,根据相关性计算智能体的信息贡献,过滤掉无关智能体信息,从而实现在合作、竞争或者混合环境下智能体间有...     

共享经验的多主体强化学习研究

合作多主体强化学习的关键问题在于如何提高强化学习的学习效率。在追捕问题的基础上,该文提出一种共享经验的多主体强化学习方法。通过建立合适的状态空间使猎人共享学习经验,根据追捕问题的对称性压缩状态空间。实验结果表明,共享状态空间能够加快多主体强化学习的过程,状态空间越小,Q学习算法收敛越快。