We study the problem of training a principal in a multi-agent general-sum game using reinforcement learning (RL). Learning a robust principal policy requires anticipating the worst possible strategic responses of other agents, which is generally NP-hard. However, we show that no-regret dynamics can identify these worst-case responses in poly-time in smooth games. We propose a framework that uses this policy evaluation method for efficiently learning a robust principal policy using RL. This framework can be extended to provide robustness to boundedly rational agents too. Our motivating application is automated mechanism design: we empirically demonstrate our framework learns robust mechanisms in both matrix games and complex spatiotemporal games. In particular, we learn a dynamic tax policy that improves the welfare of a simulated trade-and-barter economy by 15%, even when facing previously unseen boundedly rational RL taxpayers.
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2021-02-23
经济学和政策等现实世界应用程序往往涉及解决多智能运动游戏与两个独特的特点：（1）代理人本质上是不对称的，并分成领导和追随者; （2）代理商有不同的奖励功能，因此游戏是普通的。该领域的大多数现有结果侧重于对称解决方案概念（例如纳什均衡）或零和游戏。它仍然开放了如何学习Stackelberg均衡 - 从嘈杂的样本有效地纳入均衡的不对称模拟 - 纳入均衡。本文启动了对Birtit反馈设置中Stackelberg均衡的样本高效学习的理论研究，我们只观察奖励的噪音。我们考虑三个代表双人普通和游戏：强盗游戏，强盗加固学习（Bandit-RL）游戏和线性匪徒游戏。在所有这些游戏中，我们使用有义的许多噪声样本来确定Stackelberg均衡和其估计版本的确切值之间的基本差距，无论算法如何，都无法封闭信息。然后，我们在对上面识别的差距最佳的基础上的数据高效学习的样本高效学习的敏锐积极结果，在依赖于依赖性的差距，误差容限和动作空间的大小，匹配下限。总体而言，我们的结果在嘈杂的强盗反馈下学习Stackelberg均衡的独特挑战，我们希望能够在未来的研究中阐明这一主题。
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我们研究Stackelberg游戏，其中一位校长反复与长寿，非洋流代理商进行互动，而不知道代理商的回报功能。尽管当代理商是近视，非侧心代理会带来额外的并发症时，在Stackelberg游戏中的学习是充分理解的。尤其是，非洋流代理可以从战略上选择当前劣等的行动，以误导校长的学习算法并在未来获得更好的结果。我们提供了一个通用框架，该框架可在存在近视剂的情况下降低非洋白酶的学习来优化强大的匪徒。通过设计和分析微型反应性匪徒算法，我们的还原从校长学习算法的统计效率中进行了差异，以与其在诱导接近最佳的响应中的有效性。我们将此框架应用于Stackelberg Security Games（SSG），需求曲线，战略分类和一般有限的Stackelberg游戏的价格。在每种情况下，我们都表征了近最佳响应中存在的错误的类型和影响，并为此类拼写错误开发了一种鲁棒性的学习算法。在此过程中，我们通过最先进的$ O（n^3）$从SSGS中提高了SSG中的学习复杂性，从通过发现此类游戏的基本结构属性。该结果除了对非洋流药物学习之外，还具有独立的兴趣。
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实际经济体可以被视为一种顺序不完美信息游戏，具有许多异质，互动的各种代理类型的战略代理，例如消费者，公司和政府。动态一般均衡模型是在此类系统中建模经济活动，交互和结果的普通经济工具。然而，当所有代理商是战略和互动时，现有的分析和计算方法努力寻找明确的均衡，而联合学习是不稳定的并且具有挑战性。在其他人中，一个重要的原因是，一个经济代理人的行动可能会改变另一名代理人的奖励职能，例如，当公司更改价格或政府更改税收时，消费者的消费者的消费收入变化。我们表明，多代理深度加强学习（RL）可以发现稳定的解决方案，即通过使用结构的学习课程和高效的GPU，在经济模拟中，在经济仿真中，在经济模拟中，可以发现普遍存器类型的稳定解决方案。仿真和培训。概念上，我们的方法更加灵活，不需要不切实际的假设，例如市场清算，通常用于分析途径。我们的GPU实施使得能够在合理的时间范围内具有大量代理的经济体，例如，在一天内完成培训。我们展示了我们在实际商业周期模型中的方法，这是一个代表性的DGE模型系列，100名工人消费者，10家公司和政府税收和重新分配。我们通过近似最佳响应分析验证了学习的Meta-Game epsilon-Nash均衡，表明RL政策与经济直觉保持一致，我们的方法是建设性的，例如，通过明确地学习Meta-Game epsilon-Nash ePhilia的频谱打开RBC型号。
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计算NASH平衡策略是多方面强化学习中的一个核心问题，在理论和实践中都受到广泛关注。但是，到目前为止，可证明的保证金仅限于完全竞争性或合作的场景，或者在大多数实际应用中实现难以满足的强大假设。在这项工作中，我们通过调查Infinite-Horizon \ Emph {对抗性团队Markov Games}，这是一场自然而充分动机的游戏，其中一组相同兴奋的玩家 - 在没有任何明确的情况下，这是一个自然而有动机的游戏，这是一场自然而有动机的游戏，而偏离了先前的结果。协调或交流 - 正在与对抗者竞争。这种设置允许对零和马尔可夫潜在游戏进行统一处理，并作为模拟更现实的战略互动的一步，这些互动具有竞争性和合作利益。我们的主要贡献是第一种计算固定$ \ epsilon $ - Approximate Nash Equilibria在对抗性团队马尔可夫游戏中具有计算复杂性的算法，在游戏的所有自然参数中都是多项式的，以及$ 1/\ epsilon $。拟议的算法特别自然和实用，它基于为团队中的每个球员执行独立的政策梯度步骤，并与对手侧面的最佳反应同时；反过来，通过解决精心构造的线性程序来获得对手的政策。我们的分析利用非标准技术来建立具有非convex约束的非线性程序的KKT最佳条件，从而导致对诱导的Lagrange乘数的自然解释。在此过程中，我们大大扩展了冯·斯坦格尔（Von Stengel）和科勒（GEB`97）引起的对抗（正常形式）团队游戏中最佳政策的重要特征。
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我们与指定为领导者的球员之一和其他球员读为追随者的球员学习多人一般汇总马尔可夫游戏。特别是，我们专注于追随者是近视的游戏，即，他们的目标是最大限度地提高他们的瞬间奖励。对于这样的游戏，我们的目标是找到一个Stackelberg-Nash均衡（SNE），这是一个策略对$（\ pi ^ *，\ nu ^ *）$，这样（i）$ \ pi ^ * $是追随者始终发挥最佳回应的领导者的最佳政策，（ii）$ \ nu ^ * $是追随者的最佳反应政策，这是由$ \ pi ^ *引起的追随者游戏的纳什均衡$。我们开发了用于在线和离线设置中的SNE解决SNE的采样高效的强化学习（RL）算法。我们的算法是最小二乘值迭代的乐观和悲观的变体，并且它们很容易能够在大状态空间的设置中结合函数近似工具。此外，对于线性函数近似的情况，我们证明我们的算法分别在线和离线设置下实现了Sublinear遗憾和次优。据我们所知，我们建立了第一种可用于解决近代Markov游戏的SNES的第一款可透明的RL算法。
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主导的行动是自然的（也许是最简单的）多代理概括的子最优动作，如标准单代理决策中的那样。因此类似于标准强盗学习，多代理系统中的基本学习问题是如果他们只能观察到他们播放动作的回报的嘈杂的强盗反馈，那么代理商可以学会有效地消除所有主导的动作。令人惊讶的是，尽管有一个看似简单的任务，我们展示了一个相当负面的结果;也就是说，标准没有遗憾的算法 - 包括整个双平均算法的家庭 - 可呈指数级地取消逐渐消除所有主导的行动。此外，具有较强的交换后悔的算法也遭受了类似的指数低效率。为了克服这些障碍，我们开发了一种新的算法，调整EXP3，历史奖励减少（exp3-DH）; Exp3-DH逐渐忘记仔细量身定制的速率。我们证明，当所有代理运行Exp3-DH（A.K.A.，在多代理学习中自行发行）时，所有主导的行动都可以在多项多轮内迭代地消除。我们的实验结果进一步证明了Exp3-DH的效率，即使是那些专门用于在游戏中学习的最先进的强盗算法，也无法有效地消除所有主导的行动。
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我们研究了在几个课程之一的未知会员的对手对对手的反复游戏中保证对反对者的低遗憾的问题。我们添加了我们的算法是非利用的约束，因为对手缺乏使用算法的激励，我们无法实现超过一些“公平”价值的奖励。我们的解决方案是一组专家算法（LAFF），该算法（LAFF）在一组子算法内搜索每个对手课程的最佳算法，并在检测对手剥削证据时使用惩罚政策。通过依赖对手课的基准，我们展示了除了剥削者之外的可能对手统一地掩盖了Lublinear的遗憾，我们保证对手有线性遗憾。为了我们的知识，这项工作是第一个在多智能经纪人学习中提供遗憾和非剥削性的保证。
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当今许多大型系统的设计，从交通路由环境到智能电网，都依赖游戏理论平衡概念。但是，随着$ n $玩家游戏的大小通常会随着$ n $而成倍增长，标准游戏理论分析实际上是不可行的。最近的方法通过考虑平均场游戏，匿名$ n $玩家游戏的近似值，在这种限制中，玩家的数量是无限的，而人口的状态分布，而不是每个单独的球员的状态，是兴趣。然而，迄今为止研究最多的平均场平衡的平均场nash平衡的实际可计算性通常取决于有益的非一般结构特性，例如单调性或收缩性能，这是已知的算法收敛所必需的。在这项工作中，我们通过开发均值相关和与粗相关的平衡的概念来研究平均场比赛的替代途径。我们证明，可以使用三种经典算法在\ emph {ash All Games}中有效地学习它们，而无需对游戏结构进行任何其他假设。此外，我们在文献中已经建立了对应关系，从而获得了平均场 - $ n $玩家过渡的最佳范围，并经验证明了这些算法在简单游戏中的收敛性。
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我们考虑战略设置，其中几个用户在重复的在线互动中聘用，辅助最小化的代理商代表他们反复发挥“游戏”。我们研究了代理人的重复游戏的动态和平均结果，并将其视为诱导用户之间的元游戏。我们的主要焦点是用户可以在此元游戏中从“操纵”他们自己的代理商中可以受益于他们自己的代理商。我们正式定义了普通游戏的这种“用户代理元荟萃游戏”模型，讨论了自动化代理动态的不同概念下的属性，并分析了2x2游戏中用户的均衡，其中动态收敛到a单均衡。
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我们在\ textit {躁动不安的多臂土匪}（rmabs）中引入了鲁棒性，这是一个流行的模型，用于在独立随机过程（臂）之间进行约束资源分配。几乎所有RMAB技术都假设随机动力学是精确的。但是，在许多实际设置中，动态是用显着的\ emph {不确定性}估算的，例如，通过历史数据，如果被忽略，这可能会导致不良结果。为了解决这个问题，我们开发了一种算法来计算Minimax遗憾 - RMAB的强大政策。我们的方法使用双oracle框架（\ textit {agent}和\ textit {nature}），通常用于单过程强大的计划，但需要大量的新技术来适应RMAB的组合性质。具体而言，我们设计了深入的强化学习（RL）算法DDLPO，该算法通过学习辅助机构“ $ \ lambda $ -network”来应对组合挑战，并与每手臂的策略网络串联，大大降低了样本复杂性，并确保了融合。普遍关注的DDLPO实现了我们的奖励最大化代理Oracle。然后，我们通过将其作为策略优化器和对抗性性质之间的多代理RL问题提出来解决具有挑战性的遗憾最大化自然甲骨文，这是一个非平稳的RL挑战。这种表述具有普遍的兴趣 - 我们通过与共同的评论家创建DDLPO的多代理扩展来解决RMAB。我们显示我们的方法在三个实验域中效果很好。
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零和游戏中的理想策略不仅应授予玩家的平均奖励，不少于NASH均衡的价值，而且还应在次优时利用（自适应）对手。尽管马尔可夫游戏中的大多数现有作品都专注于以前的目标，但我们是否可以同时实现这两个目标仍然开放。为了解决这个问题，这项工作在马尔可夫游戏中与对抗对手进行了无重组学习，当时与事后最佳的固定政策竞争时。沿着这个方向，我们提出了一组新的正面和负面结果：当每个情节结束时对手的政策被揭示时，我们提出了实现$ \ sqrt {k} $的新的有效算法 - 遗憾的是（遗憾的是） 1）基线政策类别很小或（2）对手的政策类别很小。当两种条件不正确时，这与指数下限相辅相成。当未揭示对手的政策时，即使在最有利的情况下，当两者都是正确的情况下，我们也会证明统计硬度结果。我们的硬度结果比仅涉及计算硬度或需要进一步限制算法的现有硬度结果要强得多。
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本文研究了用于多机构增强学习的政策优化算法。我们首先在全信息设置中提出了针对两人零和零和马尔可夫游戏的算法框架，其中每次迭代均使用一个策略更新，使用某个矩阵游戏算法在每个状态下进行策略更新，并带有一个带有特定的值更新步骤学习率。该框架统一了许多现有和新的政策优化算法。我们表明，只要矩阵游戏算法在每种状态下，该算法的州平均策略会收敛到游戏的近似NASH平衡（NE），只要矩阵游戏算法在每个状态下都具有低称重的遗憾价值更新。接下来，我们证明，该框架与每个状态（和平滑值更新）的乐观跟踪定制领导者（oftrl）算法可以找到$ \ Mathcal {\ widetilde {o}}（t^{ - 5 /6}）$ t $迭代中的$近似NE，并且具有稍微修改的值更新规则的类似算法可实现更快的$ \ Mathcal {\ widetilde {o}}}}（t^{ - 1}）$收敛率。这些改进了当前最佳$ \ Mathcal {\ widetilde {o}}}（t^{ - 1/2}）$对称策略优化类型算法的速率。我们还将此算法扩展到多玩家通用-SUM Markov游戏，并显示$ \ MATHCAL {\ widetilde {o}}}（t^{ - 3/4}）$收敛率与粗相关均衡（CCE）。最后，我们提供了一个数值示例来验证我们的理论并研究平滑价值更新的重要性，并发现使用“渴望”的价值更新（等同于独立的自然策略梯度算法）也可能会大大减慢收敛性，即使在$ h = 2 $层的简单游戏。
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我们考虑了有多个具有不同奖励功能的利益相关者的情节强化学习问题。我们的目标是输出有关不同奖励功能在社会上公平的政策。先前的工作提出了不同的目标，即公平政策必须优化，包括最低福利和广义的基尼福利。我们首先对问题进行公理视图，并提出四个公理，任何这样的公平目标都必须满足。我们表明，纳什社会福利是一个独特的目标，它独特地满足了所有四个目标，而先前的目标无法满足所有四个公理。然后，我们考虑了基础模型，即马尔可夫决策过程未知的问题的学习版本。我们考虑到最大程度地降低对公平政策最大化的遗憾的问题，从而最大化三个不同的公平目标 - 最低限度的福利，广义基尼福利和纳什社会福利。基于乐观的计划，我们提出了一种通用的学习算法，并在三种不同的政策方面得出了遗憾。为了纳什社会福利的目的，我们还遗憾地得出了一个遗憾的遗憾，它以$ n $（代理的数量）成倍增长。最后，我们表明，为了最低限度福利的目的，对于较弱的遗憾概念，人们可以将遗憾提高到$ o（h）$。
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考虑到人类行为的例子，我们考虑在多种代理决策问题中建立强大但人类的政策的任务。仿制学习在预测人类行为方面有效，但可能与专家人类的实力不符，而自助学习和搜索技术（例如，alphakero）导致强大的性能，但可能会产生难以理解和协调的政策。我们在国际象棋中显示，并通过应用Monte Carlo树搜索产生具有更高人为预测准确性的策略并比仿制政策更强大的kl差异，基于kl发散的正规化搜索策略。然后我们介绍一种新的遗憾最小化算法，该算法基于来自模仿的政策的KL发散规范，并显示将该算法应用于无按压外交产生的策略，使得在基本上同时保持与模仿学习相同的人类预测准确性的策略更强。
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多机构增强学习（MARL）是训练在共同环境中独立起作用的自动化系统的强大工具。但是，当个人激励措施和群体激励措施分歧时，它可能导致次优行为。人类非常有能力解决这些社会困境。在MAL中，复制自私的代理商中的这种合作行为是一个开放的问题。在这项工作中，我们借鉴了经济学正式签约的想法，以克服MARL代理商之间的动力分歧。我们提出了对马尔可夫游戏的增强，在预先指定的条件下，代理商自愿同意约束依赖状态依赖的奖励转移。我们的贡献是理论和经验的。首先，我们表明，这种增强使所有完全观察到的马尔可夫游戏的所有子游戏完美平衡都表现出社会最佳行为，并且鉴于合同的足够丰富的空间。接下来，我们通过表明最先进的RL算法学习了我们的增强术，我们将学习社会最佳政策，从而补充我们的游戏理论分析。我们的实验包括经典的静态困境，例如塔格·亨特（Stag Hunt），囚犯的困境和公共物品游戏，以及模拟交通，污染管理和共同池资源管理的动态互动。
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我们考虑在具有强盗反馈的未知游戏中的在线无遗憾的学习，其中每个代理只在每次都观察到其奖励 - 所有参与者当前的联合行动 - 而不是其渐变。我们专注于平稳且强烈单调的游戏类，并在其中研究最佳的无遗憾。利用自我协调的障碍功能，我们首先构建在线强盗凸优化算法，并表明它实现了平滑且强烈 - 凹陷的支付下$ \ tilde {\ theta}（\ sqrt {t}）$的单代理最佳遗憾职能。然后，如果每个代理在强烈单调的游戏中应用这种无悔的学习算法，则以$ \ tilde {\ theta}的速率，联合动作会收敛于\ texit {last erate}到唯一的纳什均衡（1 / \ sqrt {t}）$。在我们的工作之前，同一类游戏中的最熟悉的融合率是$ O（1 / T ^ {1/3}）$（通过不同的算法实现），从而留下了最佳无悔的问题学习算法（因为已知的下限为$ \ omega（1 / \ sqrt {t}）$）。我们的结果因此通过识别第一双重最佳强盗学习算法来解决这个公开问题并促进强盗游戏 - 理论学习的广泛景观，因为它达到了（达到了日志因子）单王子学习和最佳的最佳遗憾多代理学习中的最后迭代收敛速度。我们还展示了几项模拟研究的结果 - Cournot竞争，凯利拍卖和分布式正则化物流回归 - 以证明我们算法的功效。
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2020-06-08
深度加强学习（RL）的最新进展导致许多2人零和游戏中的相当大的进展，如去，扑克和星际争霸。这种游戏的纯粹对抗性质允许概念上简单地应用R1方法。然而，现实世界的设置是许多代理商，代理交互是复杂的共同利益和竞争方面的混合物。我们认为外交，一个旨在突出由多种代理交互导致的困境的7人棋盘游戏。它还具有大型组合动作空间和同时移动，这对RL算法具有具有挑战性。我们提出了一个简单但有效的近似最佳响应操作员，旨在处理大型组合动作空间并同时移动。我们还介绍了一系列近似虚构游戏的政策迭代方法。通过这些方法，我们成功地将RL申请到外交：我们认为我们的代理商令人信服地令人信服地表明，游戏理论均衡分析表明新过程产生了一致的改进。
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随机游戏的学习可以说是多功能钢筋学习（MARL）中最标准和最基本的环境。在本文中，我们考虑在非渐近制度的随机游戏中分散的Marl。特别是，我们在大量的一般总和随机游戏（SGS）中建立了完全分散的Q学习算法的有限样本复杂性 - 弱循环SGS，包括对所有代理商的普通合作MARL设置具有相同的奖励（马尔可夫团队问题是一个特例。我们专注于实用的同时具有挑战性地设置完全分散的Marl，既不奖励也没有其他药剂的作用，每个试剂都可以观察到。事实上，每个特工都完全忘记了其他决策者的存在。表格和线性函数近似情况都已考虑。在表格设置中，我们分析了分散的Q学习算法的样本复杂性，以收敛到马尔可夫完美均衡（NASH均衡）。利用线性函数近似，结果用于收敛到线性近似平衡 - 我们提出的均衡的新概念 - 这描述了每个代理的策略是线性空间内的最佳回复（到其他代理）。还提供了数值实验，用于展示结果。
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在过去的十年中，多智能经纪人强化学习（Marl）已经有了重大进展，但仍存在许多挑战，例如高样本复杂性和慢趋同稳定的政策，在广泛的部署之前需要克服，这是可能的。然而，在实践中，许多现实世界的环境已经部署了用于生成策略的次优或启发式方法。一个有趣的问题是如何最好地使用这些方法作为顾问，以帮助改善多代理领域的加强学习。在本文中，我们提供了一个原则的框架，用于将动作建议纳入多代理设置中的在线次优顾问。我们描述了在非传记通用随机游戏环境中提供多种智能强化代理（海军上将）的问题，并提出了两种新的基于Q学习的算法：海军上将决策（海军DM）和海军上将 - 顾问评估（Admiral-AE） ，这使我们能够通过适当地纳入顾问（Admiral-DM）的建议来改善学习，并评估顾问（Admiral-AE）的有效性。我们从理论上分析了算法，并在一般加上随机游戏中提供了关于他们学习的定点保证。此外，广泛的实验说明了这些算法：可以在各种环境中使用，具有对其他相关基线的有利相比的性能，可以扩展到大状态行动空间，并且对来自顾问的不良建议具有稳健性。
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