我们研究马尔可夫游戏子类的策略梯度方法的性能，称为马尔可夫潜在游戏（MPGS），该游戏将正常形式潜在游戏的概念扩展到了状态环境，其中包括完全合作环境的重要特殊情况。代理商具有相同的奖励功能。我们本文的重点是研究在SoftMax策略参数化下求解MPG的策略梯度方法的收敛性，无论是表格和参数，都用一般函数近似器（例如神经网络）进行参数化。我们首先显示了该方法对MPG的NASH平衡的渐近收敛性，以进行表格软智能策略。其次，我们在两个设置中得出了策略梯度的有限时间性能：1）使用对数屏障正则化，以及2）在最佳反应动力学（NPG-BR）下使用自然策略梯度。最后，我们在正常游戏中扩展了无政府状态（POA）的价格（POA）的概念，我们介绍了MPG的POA，并为NPG-BR提供了POA。据我们所知，这是第一个用于解决MPG的POA。为了支持我们的理论结果，我们从经验上比较了表格和神经软性策略的策略梯度变体的收敛速率和POA。

我们研究了随机游戏（SGS）的梯度播放算法的性能，其中每个代理商试图通过基于代理之间共享的当前状态信息来独立做出决策来最大限度地提高自己的总折扣奖励。通过在给定状态下选择某个动作的概率来直接参数化策略。我们展示了纳什均衡（NES）和一阶固定政策在此设置中等同，并在严格的NES周围给出局部收敛速度。此外，对于称为马尔可夫潜在游戏的SGS的子类（包括具有重要特殊情况的代理中具有相同奖励的协作设置），我们设计了一种基于样本的增强学习算法，并为两者提供非渐近全局收敛速度分析精确的梯度游戏和我们基于样本的学习算法。我们的结果表明，迭代的数量达到$ \ epsilon $ -Ne线性缩放，而不是指数级，而代理人数。还考虑了局部几何和局部稳定性，在那里我们证明严格的NE是总潜在功能的局部最大值，完全混合的NE是鞍点。

多代理系统的一个主要挑战是，系统的复杂性随着代理的数量以及其动作空间的规模而显着增长，在现实世界中，这是典型的，例如自动驾驶汽车，机器人团队，网络路由等。因此，正是在设计分散或独立算法的迫在眉睫的需求中，其中每个代理的更新仅基于它们的本地观察结果，而无需引入复杂的通信/协调机制。在这项工作中，我们研究了潜在游戏的独立熵规范化自然策略梯度（NPG）方法的有限时间收敛，在这些方法中，由于单方面偏差而导致的代理商效用函数的差异与普通潜在功能完全匹配。提出的熵注册的NPG方法使每个代理都可以根据自己的回报部署对称，分散和乘法更新。我们表明，所提出的方法以均方根速率收敛到定量响应平衡（QRE）（QRE）（QRE） - 与熵调制的游戏的平衡 - 与动作空间的大小无关，并且最多地与数字一起增长代理商。有吸引力的是，收敛率进一步与相同利益游戏的重要特殊情况的代理数量独立，从而导致了第一种以无维率收敛的方法。我们的方法可以用作平滑技术，以找到未注册问题的近似NASH平衡（NE），而无需假设固定策略是隔离的。

我们研究了在两人零和马尔可夫游戏中找到NASH平衡的问题。由于其作为最小值优化程序的表述，解决该问题的自然方法是以交替的方式对每个玩家进行梯度下降/上升。但是，由于基本目标函数的非跨性别/非障碍性，该方法的理论理解是有限的。在我们的论文中，我们考虑解决马尔可夫游戏的熵登记变体。正则化将结构引入了优化景观中，从而使解决方案更加可识别，并允许更有效地解决问题。我们的主要贡献是表明，在正则化参数的正确选择下，梯度下降算法会收敛到原始未注册问题的NASH平衡。我们明确表征了我们算法的最后一个迭代的有限时间性能，该算法的梯度下降上升算法的现有收敛界限大大改善了而没有正则化。最后，我们通过数值模拟来补充分析，以说明算法的加速收敛性。

我们研究了马尔可夫潜在游戏（MPG）中多机构增强学习（RL）问题的策略梯度方法的全球非反应收敛属性。要学习MPG的NASH平衡，在该MPG中，状态空间的大小和/或玩家数量可能非常大，我们建议使用TANDEM所有玩家运行的新的独立政策梯度算法。当梯度评估中没有不确定性时，我们表明我们的算法找到了$ \ epsilon $ -NASH平衡，$ o（1/\ epsilon^2）$迭代复杂性并不明确取决于状态空间大小。如果没有确切的梯度，我们建立$ O（1/\ epsilon^5）$样品复杂度在潜在的无限大型状态空间中，用于利用函数近似的基于样本的算法。此外，我们确定了一类独立的政策梯度算法，这些算法都可以融合零和马尔可夫游戏和马尔可夫合作游戏，并与玩家不喜欢玩的游戏类型。最后，我们提供了计算实验来证实理论发展的优点和有效性。

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。

在本文中，我们在表格设置中建立了违法演员批评算法的全球最优性和收敛速度，而不使用密度比来校正行为政策的状态分布与目标政策之间的差异。我们的工作超出了现有的工作原理，最佳的策略梯度方法中的现有工作中使用确切的策略渐变来更新策略参数时，我们使用近似和随机更新步骤。我们的更新步骤不是渐变更新，因为我们不使用密度比以纠正状态分布，这与从业者做得好。我们的更新是近似的，因为我们使用学习的评论家而不是真正的价值函数。我们的更新是随机的，因为在每个步骤中，更新仅为当前状态操作对完成。此外，我们在分析中删除了现有作品的几个限制性假设。我们的工作中的核心是基于其均匀收缩性能的时源性Markov链中的通用随机近似算法的有限样本分析。

我们改进了用于分析非凸优化随机梯度下降（SGD）的最新工具，以获得香草政策梯度（PG） - 加强和GPOMDP的收敛保证和样本复杂性。我们唯一的假设是预期回报是平滑的w.r.t.策略参数以及其渐变的第二个时刻满足某种\ EMPH {ABC假设}。 ABC的假设允许梯度的第二时刻绑定为\ geq 0 $次的子项优差距，$ b \ geq 0 $乘以完整批量梯度的标准和添加剂常数$ c \ geq 0 $或上述任何组合。我们表明ABC的假设比策略空间上的常用假设更为一般，以证明收敛到静止点。我们在ABC的假设下提供单个融合定理，并表明，尽管ABC假设的一般性，我们恢复了$ \ widetilde {\ mathcal {o}}（\ epsilon ^ {-4}）$样本复杂性pg 。我们的融合定理还可在选择超参数等方面提供更大的灵活性，例如步长和批量尺寸的限制$ M $。即使是单个轨迹案例（即，$ M = 1 $）适合我们的分析。我们认为，ABC假设的一般性可以为PG提供理论担保，以至于以前未考虑的更广泛的问题。

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。

我们研究具有多个奖励价值函数的马尔可夫决策过程（MDP）的政策优化，应根据给定的标准共同优化，例如比例公平（平滑凹面标量），硬约束（约束MDP）和Max-Min Trade-离开。我们提出了一个改变锚定的正规自然政策梯度（ARNPG）框架，该框架可以系统地将良好表现的一阶方法中的思想纳入多目标MDP问题的策略优化算法的设计。从理论上讲，基于ARNPG框架的设计算法实现了$ \ tilde {o}（1/t）$全局收敛，并具有精确的梯度。从经验上讲，与某些现有的基于策略梯度的方法相比，ARNPG引导的算法在精确梯度和基于样本的场景中也表现出卓越的性能。

我们在无限地平线上享受多智能经纪增强学习（Marl）零汇率马尔可夫游戏。我们专注于分散的Marl的实用性但具有挑战性的环境，其中代理人在没有集中式控制员的情况下做出决定，但仅根据自己的收益和当地行动进行了协调。代理商不需要观察对手的行为或收益，可能甚至不忘记对手的存在，也不得意识到基础游戏的零金额结构，该环境也称为学习文学中的彻底解散游戏。在本文中，我们开发了一种彻底的解耦Q学习动态，既合理和收敛则：当对手遵循渐近静止战略时，学习动态会收敛于对对手战略的最佳反应;当两个代理采用学习动态时，它们会收敛到游戏的纳什均衡。这种分散的环境中的关键挑战是从代理商的角度来看环境的非公平性，因为她自己的回报和系统演变都取决于其他代理人的行为，每个代理商同时和独立地互补她的政策。要解决此问题，我们开发了两个时间尺度的学习动态，每个代理会更新她的本地Q函数和value函数估计，后者在较慢的时间内发生。

We propose a multi-agent reinforcement learning dynamics, and analyze its convergence properties in infinite-horizon discounted Markov potential games. We focus on the independent and decentralized setting, where players can only observe the realized state and their own reward in every stage. Players do not have knowledge of the game model, and cannot coordinate with each other. In each stage of our learning dynamics, players update their estimate of a perturbed Q-function that evaluates their total contingent payoff based on the realized one-stage reward in an asynchronous manner. Then, players independently update their policies by incorporating a smoothed optimal one-stage deviation strategy based on the estimated Q-function. A key feature of the learning dynamics is that the Q-function estimates are updated at a faster timescale than the policies. We prove that the policies induced by our learning dynamics converge to a stationary Nash equilibrium in Markov potential games with probability 1. Our results demonstrate that agents can reach a stationary Nash equilibrium in Markov potential games through simple learning dynamics under the minimum information environment.

我们考虑使用有限的地平线上具有随机动力学的通用N-N-玩家线性季度游戏，并证明了自然策略梯度方法与NASH平衡的全球收敛性。为了证明该方法的收敛性，我们需要系统中有一定数量的噪声。我们给出了一个条件，基本上是在模型参数方面对噪声的协方差的下限，以确保收敛。我们通过数值实验说明了我们的结果，以表明即使在策略梯度方法可能不会在确定性设置中收敛的情况下，噪声的添加也会导致收敛。

We revisit the domain of off-policy policy optimization in RL from the perspective of coordinate ascent. One commonly-used approach is to leverage the off-policy policy gradient to optimize a surrogate objective -- the total discounted in expectation return of the target policy with respect to the state distribution of the behavior policy. However, this approach has been shown to suffer from the distribution mismatch issue, and therefore significant efforts are needed for correcting this mismatch either via state distribution correction or a counterfactual method. In this paper, we rethink off-policy learning via Coordinate Ascent Policy Optimization (CAPO), an off-policy actor-critic algorithm that decouples policy improvement from the state distribution of the behavior policy without using the policy gradient. This design obviates the need for distribution correction or importance sampling in the policy improvement step of off-policy policy gradient. We establish the global convergence of CAPO with general coordinate selection and then further quantify the convergence rates of several instances of CAPO with popular coordinate selection rules, including the cyclic and the randomized variants of CAPO. We then extend CAPO to neural policies for a more practical implementation. Through experiments, we demonstrate that CAPO provides a competitive approach to RL in practice.

Mean-field games have been used as a theoretical tool to obtain an approximate Nash equilibrium for symmetric and anonymous $N$-player games in literature. However, limiting applicability, existing theoretical results assume variations of a "population generative model", which allows arbitrary modifications of the population distribution by the learning algorithm. Instead, we show that $N$ agents running policy mirror ascent converge to the Nash equilibrium of the regularized game within $\tilde{\mathcal{O}}(\varepsilon^{-2})$ samples from a single sample trajectory without a population generative model, up to a standard $\mathcal{O}(\frac{1}{\sqrt{N}})$ error due to the mean field. Taking a divergent approach from literature, instead of working with the best-response map we first show that a policy mirror ascent map can be used to construct a contractive operator having the Nash equilibrium as its fixed point. Next, we prove that conditional TD-learning in $N$-agent games can learn value functions within $\tilde{\mathcal{O}}(\varepsilon^{-2})$ time steps. These results allow proving sample complexity guarantees in the oracle-free setting by only relying on a sample path from the $N$ agent simulator. Furthermore, we demonstrate that our methodology allows for independent learning by $N$ agents with finite sample guarantees.

策略梯度方法适用于复杂的，不理解的，通过对参数化的策略进行随机梯度下降来控制问题。不幸的是，即使对于可以通过标准动态编程技术解决的简单控制问题，策略梯度算法也会面临非凸优化问题，并且被广泛理解为仅收敛到固定点。这项工作确定了结构属性 - 通过几个经典控制问题共享 - 确保策略梯度目标函数尽管是非凸面，但没有次优的固定点。当这些条件得到加强时，该目标满足了产生收敛速率的Polyak-lojasiewicz（梯度优势）条件。当其中一些条件放松时，我们还可以在任何固定点的最佳差距上提供界限。

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。

直接政策搜索作为现代强化学习（RL）的工作人员之一，其在连续控制任务中的应用最近引起了不断的关注。在这项工作中，我们研究了用于学习线性风险敏感和鲁棒控制器的政策梯度（PG）方法的收敛理论。特别地，我们开发PG方法，可以通过采样系统轨迹以无衍生方式实现，并建立全球收敛性和样本复杂性，这导致风险敏感和强大控制中的两个基本环境的解决方案：有限地平线线性指数二次高斯，以及有限地平线线性二次干扰衰减问题。作为副产品，我们的结果还为解决零和线性二次动态游戏的PG方法的全局融合提供了第一种样本复杂性，这是一种非透明的极限优化问题，该问题用作多功能钢筋中的基线设置学习（Marl）与连续空间。我们的算法的一个特征是在学习阶段，保留了一定程度的控制器的鲁棒性/风险敏感性，因此我们被称为隐式正则化属性，并且是安全关键控制系统的基本要求。

We study a multi-agent reinforcement learning (MARL) problem where the agents interact over a given network. The goal of the agents is to cooperatively maximize the average of their entropy-regularized long-term rewards. To overcome the curse of dimensionality and to reduce communication, we propose a Localized Policy Iteration (LPI) algorithm that provably learns a near-globally-optimal policy using only local information. In particular, we show that, despite restricting each agent's attention to only its $\kappa$-hop neighborhood, the agents are able to learn a policy with an optimality gap that decays polynomially in $\kappa$. In addition, we show the finite-sample convergence of LPI to the global optimal policy, which explicitly captures the trade-off between optimality and computational complexity in choosing $\kappa$. Numerical simulations demonstrate the effectiveness of LPI.

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-Horizo​​n \ 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。