多目标自组织追求（SOP）问题已广泛应用，并被认为是一个充满挑战的分布式系统的自组织游戏，在该系统中，智能代理在其中合作追求具有部分观察的多个动态目标。这项工作为分散的多机构系统提出了一个框架，以提高智能代理的搜索和追求能力。我们将一个自组织的系统建模为可观察到的马尔可夫游戏（POMG），具有权力下放，部分观察和非通信的特征。然后将拟议的分布式算法：模糊自组织合作协同进化（FSC2）杠杆化，以解决多目标SOP中的三个挑战：分布式自组织搜索（SOS），分布式任务分配和分布式单目标追踪。 FSC2包括一种协调的多代理深钢筋学习方法，该方法使均匀的代理能够学习天然SOS模式。此外，我们提出了一种基于模糊的分布式任务分配方法，该方法将多目标SOP分解为几个单目标追求问题。合作进化原则用于协调每个单一目标问题的分布式追随者。因此，可以缓解POMG中固有的部分观察和分布式决策的不确定性。实验结果表明，在所有三个子任务中，分布式不传动的多机构协调都具有部分观察结果，而2048 FSC2代理可以执行有效的多目标SOP，其捕获率几乎为100％。

最先进的多机构增强学习（MARL）方法为各种复杂问题提供了有希望的解决方案。然而，这些方法都假定代理执行同步的原始操作执行，因此它们不能真正可扩展到长期胜利的真实世界多代理/机器人任务，这些任务固有地要求代理/机器人以异步的理由，涉及有关高级动作选择的理由。不同的时间。宏观行动分散的部分可观察到的马尔可夫决策过程（MACDEC-POMDP）是在完全合作的多代理任务中不确定的异步决策的一般形式化。在本论文中，我们首先提出了MacDec-Pomdps的一组基于价值的RL方法，其中允许代理在三个范式中使用宏观成果功能执行异步学习和决策：分散学习和控制，集中学习，集中学习和控制，以及分散执行的集中培训（CTDE）。在上述工作的基础上，我们在三个训练范式下制定了一组基于宏观行动的策略梯度算法，在该训练范式下，允许代理以异步方式直接优化其参数化策略。我们在模拟和真实的机器人中评估了我们的方法。经验结果证明了我们在大型多代理问题中的方法的优势，并验证了我们算法在学习具有宏观actions的高质量和异步溶液方面的有效性。

流动性和流量的许多方案都涉及多种不同的代理，需要合作以找到共同解决方案。行为计划的最新进展使用强化学习以寻找有效和绩效行为策略。但是，随着自动驾驶汽车和车辆对X通信变得越来越成熟，只有使用单身独立代理的解决方案在道路上留下了潜在的性能增长。多代理增强学习（MARL）是一个研究领域，旨在为彼此相互作用的多种代理找到最佳解决方案。这项工作旨在将该领域的概述介绍给研究人员的自主行动能力。我们首先解释Marl并介绍重要的概念。然后，我们讨论基于Marl算法的主要范式，并概述每个范式中最先进的方法和思想。在这种背景下，我们调查了MAL在自动移动性场景中的应用程序，并概述了现有的场景和实现。

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。

用于分散执行的集中培训，其中代理商使用集中信息训练，但在线以分散的方式执行，在多智能体增强学习界中获得了普及。特别是，具有集中评论家和分散的演员的演员 - 批评方法是这个想法的常见实例。然而，即使它是许多算法的标准选择，也没有完全讨论和理解使用集中评论批读的影响。因此，我们正式分析集中和分散的批评批评方法，了解对评论家选择的影响。由于我们的理论使得不切实际的假设，我们还经验化地比较了广泛的环境中集中式和分散的批评方法来验证我们的理论并提供实用建议。我们展示了当前文献中集中评论家存在误解，并表明集中式评论家设计并不是严格用的，而是集中和分散的批评者具有不同的利弊，算法设计人员应该考虑到不同的利弊。

大型人口系统的分析和控制对研究和工程的各个领域引起了极大的兴趣，从机器人群的流行病学到经济学和金融。一种越来越流行和有效的方法来实现多代理系统中的顺序决策，这是通过多机构增强学习，因为它允许对高度复杂的系统进行自动和无模型的分析。但是，可伸缩性的关键问题使控制和增强学习算法的设计变得复杂，尤其是在具有大量代理的系统中。尽管强化学习在许多情况下都发现了经验成功，但许多代理商的问题很快就变得棘手了，需要特别考虑。在这项调查中，我们将阐明当前的方法，以通过多代理强化学习以及通过诸如平均场游戏，集体智能或复杂的网络理论等研究领域进行仔细理解和分析大型人口系统。这些经典独立的主题领域提供了多种理解或建模大型人口系统的方法，这可能非常适合将来的可拖动MARL算法制定。最后，我们调查了大规模控制的潜在应用领域，并确定了实用系统中学习算法的富有成果的未来应用。我们希望我们的调查可以为理论和应用科学的初级和高级研究人员提供洞察力和未来的方向。

未来的互联网涉及几种新兴技术，例如5G和5G网络，车辆网络，无人机（UAV）网络和物联网（IOT）。此外，未来的互联网变得异质并分散了许多相关网络实体。每个实体可能需要做出本地决定，以在动态和不确定的网络环境下改善网络性能。最近使用标准学习算法，例如单药强化学习（RL）或深入强化学习（DRL），以使每个网络实体作为代理人通过与未知环境进行互动来自适应地学习最佳决策策略。但是，这种算法未能对网络实体之间的合作或竞争进行建模，而只是将其他实体视为可能导致非平稳性问题的环境的一部分。多机构增强学习（MARL）允许每个网络实体不仅观察环境，还可以观察其他实体的政策来学习其最佳政策。结果，MAL可以显着提高网络实体的学习效率，并且最近已用于解决新兴网络中的各种问题。在本文中，我们因此回顾了MAL在新兴网络中的应用。特别是，我们提供了MARL的教程，以及对MARL在下一代互联网中的应用进行全面调查。特别是，我们首先介绍单代机Agent RL和MARL。然后，我们回顾了MAL在未来互联网中解决新兴问题的许多应用程序。这些问题包括网络访问，传输电源控制，计算卸载，内容缓存，数据包路由，无人机网络的轨迹设计以及网络安全问题。

政策梯度方法在多智能体增强学习中变得流行，但由于存在环境随机性和探索代理（即非公平性​​），它们遭受了高度的差异，这可能因信用分配难度而受到困扰。结果，需要一种方法，该方法不仅能够有效地解决上述两个问题，而且需要足够强大地解决各种任务。为此，我们提出了一种新的多代理政策梯度方法，称为强大的本地优势（ROLA）演员 - 评论家。 Rola允许每个代理人将个人动作值函数作为当地评论家，以及通过基于集中评论家的新型集中培训方法来改善环境不良。通过使用此本地批评，每个代理都计算基准，以减少对其策略梯度估计的差异，这导致含有其他代理的预期优势动作值，这些选项可以隐式提高信用分配。我们在各种基准测试中评估ROLA，并在许多最先进的多代理政策梯度算法上显示其鲁棒性和有效性。

沟通可以帮助代理商获得有关他人的信息，以便可以学习更好的协调行为。一些现有的工作会与其他人传达预测的未来轨迹，希望能为其他人做些更好的协调能力提供线索。但是，当对代理人同步处理时，有时会发生循环依赖性，因此很难协调决策。在本文中，我们提出了一种新颖的交流方案，顺序通信（SEQCOMM）。 Seqcomm不同步（高级代理在低级阶段之前做出决定），并有两个通信阶段。在谈判阶段，代理通过传达观测的隐藏状态并比较意图的价值来确定决策的优先级，这是通过对环境动态进行建模来获得的。在发射阶段，高级代理商领导着做出决策并与低级代理商进行交流。从理论上讲，我们证明Seqcomm学到的政策可以单调地改善并融合。从经验上讲，我们表明SEQCOMM在各种多机构合作任务中都优于现有方法。

This work considers the problem of learning cooperative policies in complex, partially observable domains without explicit communication. We extend three classes of single-agent deep reinforcement learning algorithms based on policy gradient, temporal-difference error, and actor-critic methods to cooperative multi-agent systems. We introduce a set of cooperative control tasks that includes tasks with discrete and continuous actions, as well as tasks that involve hundreds of agents. The three approaches are evaluated against each other using different neural architectures, training procedures, and reward structures. Using deep reinforcement learning with a curriculum learning scheme, our approach can solve problems that were previously considered intractable by most multi-agent reinforcement learning algorithms. We show that policy gradient methods tend to outperform both temporal-difference and actor-critic methods when using feed-forward neural architectures. We also show that recurrent policies, while more difficult to train, outperform feed-forward policies on our evaluation tasks.

We consider the problem of multi-agent navigation and collision avoidance when observations are limited to the local neighborhood of each agent. We propose InforMARL, a novel architecture for multi-agent reinforcement learning (MARL) which uses local information intelligently to compute paths for all the agents in a decentralized manner. Specifically, InforMARL aggregates information about the local neighborhood of agents for both the actor and the critic using a graph neural network and can be used in conjunction with any standard MARL algorithm. We show that (1) in training, InforMARL has better sample efficiency and performance than baseline approaches, despite using less information, and (2) in testing, it scales well to environments with arbitrary numbers of agents and obstacles.

Modern multi-agent reinforcement learning frameworks rely on centralized training and reward shaping to perform well. However, centralized training and dense rewards are not readily available in the real world. Current multi-agent algorithms struggle to learn in the alternative setup of decentralized training or sparse rewards. To address these issues, we propose a self-supervised intrinsic reward ELIGN - expectation alignment - inspired by the self-organization principle in Zoology. Similar to how animals collaborate in a decentralized manner with those in their vicinity, agents trained with expectation alignment learn behaviors that match their neighbors' expectations. This allows the agents to learn collaborative behaviors without any external reward or centralized training. We demonstrate the efficacy of our approach across 6 tasks in the multi-agent particle and the complex Google Research football environments, comparing ELIGN to sparse and curiosity-based intrinsic rewards. When the number of agents increases, ELIGN scales well in all multi-agent tasks except for one where agents have different capabilities. We show that agent coordination improves through expectation alignment because agents learn to divide tasks amongst themselves, break coordination symmetries, and confuse adversaries. These results identify tasks where expectation alignment is a more useful strategy than curiosity-driven exploration for multi-agent coordination, enabling agents to do zero-shot coordination.

多代理深度增强学习（Marl）缺乏缺乏共同使用的评估任务和标准，使方法之间的比较困难。在这项工作中，我们提供了一个系统评估，并比较了三种不同类别的Marl算法（独立学习，集中式多代理政策梯度，价值分解）在各种协作多智能经纪人学习任务中。我们的实验是在不同学习任务中作为算法的预期性能的参考，我们为不同学习方法的有效性提供了见解。我们开源EPYMARL，它将Pymarl CodeBase扩展到包括其他算法，并允许灵活地配置算法实现细节，例如参数共享。最后，我们开源两种环境，用于多智能经纪研究，重点关注稀疏奖励下的协调。

Cooperative multi-agent reinforcement learning (MARL) has achieved significant results, most notably by leveraging the representation-learning abilities of deep neural networks. However, large centralized approaches quickly become infeasible as the number of agents scale, and fully decentralized approaches can miss important opportunities for information sharing and coordination. Furthermore, not all agents are equal -- in some cases, individual agents may not even have the ability to send communication to other agents or explicitly model other agents. This paper considers the case where there is a single, powerful, \emph{central agent} that can observe the entire observation space, and there are multiple, low-powered \emph{local agents} that can only receive local observations and are not able to communicate with each other. The central agent's job is to learn what message needs to be sent to different local agents based on the global observations, not by centrally solving the entire problem and sending action commands, but by determining what additional information an individual agent should receive so that it can make a better decision. In this work we present our MARL algorithm \algo, describe where it would be most applicable, and implement it in the cooperative navigation and multi-agent walker domains. Empirical results show that 1) learned communication does indeed improve system performance, 2) results generalize to heterogeneous local agents, and 3) results generalize to different reward structures.

Reinforcement learning in multi-agent scenarios is important for real-world applications but presents challenges beyond those seen in singleagent settings. We present an actor-critic algorithm that trains decentralized policies in multiagent settings, using centrally computed critics that share an attention mechanism which selects relevant information for each agent at every timestep. This attention mechanism enables more effective and scalable learning in complex multiagent environments, when compared to recent approaches. Our approach is applicable not only to cooperative settings with shared rewards, but also individualized reward settings, including adversarial settings, as well as settings that do not provide global states, and it makes no assumptions about the action spaces of the agents. As such, it is flexible enough to be applied to most multi-agent learning problems.

由于共同国家行动空间相对于代理人的数量，多代理强化学习（MARL）中的政策学习（MARL）是具有挑战性的。为了实现更高的可伸缩性，通过分解执行（CTDE）的集中式培训范式被MARL中的分解结构广泛采用。但是，我们观察到，即使在简单的矩阵游戏中，合作MARL中现有的CTDE算法也无法实现最佳性。为了理解这种现象，我们引入了一个具有政策分解（GPF-MAC）的广义多代理参与者批评的框架，该框架的特征是对分解的联合政策的学习，即，每个代理人的政策仅取决于其自己的观察行动历史。我们表明，最受欢迎的CTDE MARL算法是GPF-MAC的特殊实例，可能会陷入次优的联合政策中。为了解决这个问题，我们提出了一个新颖的转型框架，该框架将多代理的MDP重新制定为具有连续结构的特殊“单位代理” MDP，并且可以允许使用现成的单机械加固学习（SARL）算法来有效地学习相应的多代理任务。这种转换保留了SARL算法的最佳保证，以合作MARL。为了实例化此转换框架，我们提出了一个转换的PPO，称为T-PPO，该PPO可以在有限的多代理MDP中进行理论上执行最佳的策略学习，并在一系列合作的多代理任务上显示出明显的超出性能。

在现实设置中跨多个代理的决策同步是有问题的，因为它要求代理等待其他代理人终止和交流有关终止的终止。理想情况下，代理应该学习和执行异步。这样的异步方法还允许暂时扩展的动作，这些操作可能会根据执行的情况和操作花费不同的时间。不幸的是，当前的策略梯度方法不适用于异步设置，因为他们认为代理在每个时间步骤中都同步推理了动作选择。为了允许异步学习和决策，我们制定了一组异步的多代理参与者 - 批判性方法，这些方法使代理可以在三个标准培训范式中直接优化异步策略：分散的学习，集中学习，集中学习和集中培训以进行分解执行。各种现实域中的经验结果（在模拟和硬件中）证明了我们在大型多代理问题中的优势，并验证了我们算法在学习高质量和异步解决方案方面的有效性。

许多现实世界的应用程序都可以作为多机构合作问题进行配置，例如网络数据包路由和自动驾驶汽车的协调。深入增强学习（DRL）的出现为通过代理和环境的相互作用提供了一种有前途的多代理合作方法。但是，在政策搜索过程中，传统的DRL解决方案遭受了多个代理具有连续动作空间的高维度。此外，代理商政策的动态性使训练非平稳。为了解决这些问题，我们建议采用高级决策和低水平的个人控制，以进行有效的政策搜索，提出一种分层增强学习方法。特别是，可以在高级离散的动作空间中有效地学习多个代理的合作。同时，低水平的个人控制可以减少为单格强化学习。除了分层增强学习外，我们还建议对手建模网络在学习过程中对其他代理的政策进行建模。与端到端的DRL方法相反，我们的方法通过以层次结构将整体任务分解为子任务来降低学习的复杂性。为了评估我们的方法的效率，我们在合作车道变更方案中进行了现实世界中的案例研究。模拟和现实世界实验都表明我们的方法在碰撞速度和收敛速度中的优越性。

信息共享是建立团队认知并实现协调与合作的关键。高性能的人类团队也从战略性地采用迭代沟通和合理性的层次结构级别中受益，这意味着人类代理可以推理队友在决策中的行动。然而，多代理强化学习（MARL）的大多数先前工作不支持迭代的理性性，而只能鼓励跨性别的沟通，从而实现了次优的平衡合作策略。在这项工作中，我们表明，在优化政策梯度（PG）时，将代理商的政策重新制定为有条件依靠其邻近队友的政策，从而固有地提高了相互信息（MI）的最大程度。在有限的理性和认知层次结构理论下的决策观念的基础上，我们表明我们的修改后的PG方法不仅可以最大化本地代理人的奖励，而且还隐含着关于代理之间MI的理由，而无需任何明确的临时正则化术语。我们的方法Infopg在学习新兴的协作行为方面优于基准，并在分散的合作MARL任务中设定了最先进的工作。我们的实验通过在几个复杂的合作多代理域中实现较高的样品效率和更大的累积奖励来验证InfoPG的实用性。

Many real-world problems, such as network packet routing and the coordination of autonomous vehicles, are naturally modelled as cooperative multi-agent systems. There is a great need for new reinforcement learning methods that can efficiently learn decentralised policies for such systems. To this end, we propose a new multi-agent actor-critic method called counterfactual multi-agent (COMA) policy gradients. COMA uses a centralised critic to estimate the Q-function and decentralised actors to optimise the agents' policies. In addition, to address the challenges of multi-agent credit assignment, it uses a counterfactual baseline that marginalises out a single agent's action, while keeping the other agents' actions fixed. COMA also uses a critic representation that allows the counterfactual baseline to be computed efficiently in a single forward pass. We evaluate COMA in the testbed of StarCraft unit micromanagement, using a decentralised variant with significant partial observability. COMA significantly improves average performance over other multi-agent actorcritic methods in this setting, and the best performing agents are competitive with state-of-the-art centralised controllers that get access to the full state.