In recent years, significant progress has been made in solving challenging problems across various domains using deep reinforcement learning (RL). Reproducing existing work and accurately judging the improvements offered by novel methods is vital to sustaining this progress. Unfortunately, reproducing results for state-of-the-art deep RL methods is seldom straightforward. In particular, non-determinism in standard benchmark environments, combined with variance intrinsic to the methods, can make reported results tough to interpret. Without significance metrics and tighter standardization of experimental reporting, it is difficult to determine whether improvements over the prior state-of-the-art are meaningful. In this paper, we investigate challenges posed by reproducibility, proper experimental techniques, and reporting procedures. We illustrate the variability in reported metrics and results when comparing against common baselines and suggest guidelines to make future results in deep RL more reproducible. We aim to spur discussion about how to ensure continued progress in the field by minimizing wasted effort stemming from results that are non-reproducible and easily misinterpreted.

多机构增强学习（MARL）已成为解决分散决策问题的有用方法。近年来提出的许多突破性算法一直在稳步增长。在这项工作中，我们仔细研究了这一快速发展，重点是在合作Marl的大量研究中采用的评估方法。通过对先前工作进行详细的荟萃分析，涵盖了从2016年至2022年接受出版的75篇论文，我们引起了人们对真正进步率的质疑的令人担忧的趋势。我们在更广泛的背景下进一步考虑了这些趋势，并从单一AGENT RL文献中获得了有关类似问题的灵感，这些建议以及仍然适用于MARL的建议。将这些建议与我们分析的新见解相结合，我们提出了合作MARL的标准化绩效评估方案。我们认为，这样的标准协议，如果被广泛采用，将大大提高未来研究的有效性和信誉，使复制和可重复性更加容易，并提高该领域的能力，通过能够通过能够准确评估进度的速度进行跨不同作品的合理比较。最后，我们在我们的项目网站上公开发布荟萃分析数据，以供未来的评估研究：https：//sites.google.com/view/marl-andard-protocol

本文探讨了在深度参与者批评的增强学习模型中同时学习价值功能和政策的问题。我们发现，由于这两个任务之间的噪声水平差异差异，共同学习这些功能的共同实践是亚最佳选择。取而代之的是，我们表明独立学习这些任务，但是由于蒸馏阶段有限，可以显着提高性能。此外，我们发现可以使用较低的\ textIt {方差}返回估计值来降低策略梯度噪声水平。鉴于，值学习噪声水平降低了较低的\ textit {bias}估计值。这些见解共同为近端策略优化的扩展提供了信息，我们称为\ textit {dual Network Archituction}（DNA），这极大地超过了其前身。DNA还超过了受欢迎的彩虹DQN算法在测试的五个环境中的四个环境中的性能，即使在更困难的随机控制设置下也是如此。

由于其令人鼓舞的性能，在各种控制任务中的令人鼓舞的表现，深增强学习（Deep RL）一直在受到更高的关注。然而，在训练神经网络中的常规正则化技术（例如，$ L_2 $正则化，辍学）已经在RL方法中被忽略，可能是因为代理通常在相同的环境中进行培训和评估，因为Deep RL社区重点关注更多-Level算法设计。在这项工作中，我们在连续控制任务中提出了具有多种策略优化算法的正则化技术的第一综合研究。有趣的是，我们发现策略网络上的传统正则化技术通常可以带来大量改进，特别是在更难的任务上。我们的研究结果显示在训练HyperParameter变化方面是强大的。我们还将这些技术与更广泛使用的熵正则化进行了比较。此外，我们还研究正规化不同的组件，并发现策略网络通常是最佳的。我们进一步分析了为什么正则化可能有助于从四个观点来帮助推广 - 样本复杂性，奖励分配，重量规范和噪音鲁棒性。我们希望我们的研究为未来的规则策略优化算法提供指导。我们的代码可在https://github.com/xuanlinli17/ICLRR2021_RLREG上获得。

可视化优化景观导致了数字优化的许多基本见解，并对优化技术进行了新的改进。但是，仅在少数狭窄的环境中生成了增强学习优化（“奖励表面”）的目标的可视化。这项工作首次介绍了27个最广泛使用的增强学习环境的奖励表面和相关的可视化。我们还探索了政策梯度方向上的奖励表面，并首次表明许多流行的强化学习环境经常出现“悬崖”（预期回报中突然下降）。我们证明，A2C经常将这些悬崖“脱落”到参数空间的低奖励区域，而PPO避免了它们，这证实了PPO对PPO的流行直觉，以改善以前的方法。我们还引入了一个高度可扩展的库，该库使研究人员将来可以轻松地生成这些可视化。我们的发现提供了新的直觉，以解释现代RL方法的成功和失败，我们的可视化构成了以新颖方式进行强化学习剂的几种失败模式。

Policies produced by deep reinforcement learning are typically characterised by their learning curves, but they remain poorly understood in many other respects. ReLU-based policies result in a partitioning of the input space into piecewise linear regions. We seek to understand how observed region counts and their densities evolve during deep reinforcement learning using empirical results that span a range of continuous control tasks and policy network dimensions. Intuitively, we may expect that during training, the region density increases in the areas that are frequently visited by the policy, thereby affording fine-grained control. We use recent theoretical and empirical results for the linear regions induced by neural networks in supervised learning settings for grounding and comparison of our results. Empirically, we find that the region density increases only moderately throughout training, as measured along fixed trajectories coming from the final policy. However, the trajectories themselves also increase in length during training, and thus the region densities decrease as seen from the perspective of the current trajectory. Our findings suggest that the complexity of deep reinforcement learning policies does not principally emerge from a significant growth in the complexity of functions observed on-and-around trajectories of the policy.

近端策略优化（PPO）是一种普遍存在的上利期内学习算法，但在多代理设置中的非政策学习算法所使用的算法明显少得多。这通常是由于认为PPO的样品效率明显低于多代理系统中的销售方法。在这项工作中，我们仔细研究了合作多代理设置中PPO的性能。我们表明，基于PPO的多代理算法在四个受欢迎的多代理测试台上取得了令人惊讶的出色表现：粒子世界环境，星际争霸多代理挑战，哈纳比挑战赛和Google Research Football，并具有最少的超参数调谐任何特定领域的算法修改或架构。重要的是，与强大的非政策方法相比，PPO通常在最终奖励和样本效率中都能取得竞争性或优越的结果。最后，通过消融研究，我们分析了对PPO的经验表现至关重要的实施和高参数因素，并就这些因素提供了具体的实用建议。我们的结果表明，在使用这些实践时，简单的基于PPO的方法在合作多代理增强学习中是强大的基线。源代码可在https://github.com/marlbenchmark/on-policy上发布。

Model-free deep reinforcement learning (RL) algorithms have been demonstrated on a range of challenging decision making and control tasks. However, these methods typically suffer from two major challenges: very high sample complexity and brittle convergence properties, which necessitate meticulous hyperparameter tuning. Both of these challenges severely limit the applicability of such methods to complex, real-world domains. In this paper, we propose soft actor-critic, an offpolicy actor-critic deep RL algorithm based on the maximum entropy reinforcement learning framework. In this framework, the actor aims to maximize expected reward while also maximizing entropy. That is, to succeed at the task while acting as randomly as possible. Prior deep RL methods based on this framework have been formulated as Q-learning methods. By combining off-policy updates with a stable stochastic actor-critic formulation, our method achieves state-of-the-art performance on a range of continuous control benchmark tasks, outperforming prior on-policy and off-policy methods. Furthermore, we demonstrate that, in contrast to other off-policy algorithms, our approach is very stable, achieving very similar performance across different random seeds.

资产分配（或投资组合管理）是确定如何最佳将有限预算的资金分配给一系列金融工具/资产（例如股票）的任务。这项研究调查了使用无模型的深RL代理应用于投资组合管理的增强学习（RL）的性能。我们培训了几个RL代理商的现实股票价格，以学习如何执行资产分配。我们比较了这些RL剂与某些基线剂的性能。我们还比较了RL代理，以了解哪些类别的代理表现更好。从我们的分析中，RL代理可以执行投资组合管理的任务，因为它们的表现明显优于基线代理（随机分配和均匀分配）。四个RL代理（A2C，SAC，PPO和TRPO）总体上优于最佳基线MPT。这显示了RL代理商发现更有利可图的交易策略的能力。此外，基于价值和基于策略的RL代理之间没有显着的性能差异。演员批评者的表现比其他类型的药物更好。同样，在政策代理商方面的表现要好，因为它们在政策评估方面更好，样品效率在投资组合管理中并不是一个重大问题。这项研究表明，RL代理可以大大改善资产分配，因为它们的表现优于强基础。基于我们的分析，在政策上，参与者批评的RL药物显示出最大的希望。

强化学习的主要方法是根据预期的回报将信贷分配给行动。但是，我们表明回报可能取决于政策，这可能会导致价值估计的过度差异和减慢学习的速度。取而代之的是，我们证明了优势函数可以解释为因果效应，并与因果关系共享相似的属性。基于此洞察力，我们提出了直接优势估计（DAE），这是一种可以对优势函数进行建模并直接从政策数据进行估算的新方法，同时同时最大程度地减少了返回的方差而无需（操作 - ）值函数。我们还通过显示如何无缝整合到DAE中来将我们的方法与时间差异方法联系起来。所提出的方法易于实施，并且可以通过现代参与者批评的方法很容易适应。我们对三个离散控制域进行经验评估DAE，并表明它可以超过广义优势估计（GAE），这是优势估计的强大基线，当将大多数环境应用于策略优化时。

深度强化学习（RL）导致了许多最近和开创性的进步。但是，这些进步通常以培训的基础体系结构的规模增加以及用于训练它们的RL算法的复杂性提高，而均以增加规模的成本。这些增长反过来又使研究人员更难迅速原型新想法或复制已发表的RL算法。为了解决这些问题，这项工作描述了ACME，这是一个用于构建新型RL算法的框架，这些框架是专门设计的，用于启用使用简单的模块化组件构建的代理，这些组件可以在各种执行范围内使用。尽管ACME的主要目标是为算法开发提供一个框架，但第二个目标是提供重要或最先进算法的简单参考实现。这些实现既是对我们的设计决策的验证，也是对RL研究中可重复性的重要贡献。在这项工作中，我们描述了ACME内部做出的主要设计决策，并提供了有关如何使用其组件来实施各种算法的进一步详细信息。我们的实验为许多常见和最先进的算法提供了基准，并显示了如何为更大且更复杂的环境扩展这些算法。这突出了ACME的主要优点之一，即它可用于实现大型，分布式的RL算法，这些算法可以以较大的尺度运行，同时仍保持该实现的固有可读性。这项工作提出了第二篇文章的版本，恰好与模块化的增加相吻合，对离线，模仿和从演示算法学习以及作为ACME的一部分实现的各种新代理。

深入学习的强化学习（RL）的结合导致了一系列令人印象深刻的壮举，许多相信（深）RL提供了一般能力的代理。然而，RL代理商的成功往往对培训过程中的设计选择非常敏感，这可能需要繁琐和易于易于的手动调整。这使得利用RL对新问题充满挑战，同时也限制了其全部潜力。在许多其他机器学习领域，AutomL已经示出了可以自动化这样的设计选择，并且在应用于RL时也会产生有希望的初始结果。然而，自动化强化学习（AutorL）不仅涉及Automl的标准应用，而且还包括RL独特的额外挑战，其自然地产生了不同的方法。因此，Autorl已成为RL中的一个重要研究领域，提供来自RNA设计的各种应用中的承诺，以便玩游戏等游戏。鉴于RL中考虑的方法和环境的多样性，在不同的子领域进行了大部分研究，从Meta学习到进化。在这项调查中，我们寻求统一自动的领域，我们提供常见的分类法，详细讨论每个区域并对研究人员来说是一个兴趣的开放问题。

In value-based reinforcement learning methods such as deep Q-learning, function approximation errors are known to lead to overestimated value estimates and suboptimal policies. We show that this problem persists in an actor-critic setting and propose novel mechanisms to minimize its effects on both the actor and the critic. Our algorithm builds on Double Q-learning, by taking the minimum value between a pair of critics to limit overestimation. We draw the connection between target networks and overestimation bias, and suggest delaying policy updates to reduce per-update error and further improve performance. We evaluate our method on the suite of OpenAI gym tasks, outperforming the state of the art in every environment tested.

最近基于进化的零级优化方法和基于策略梯度的一阶方法是解决加强学习（RL）问题的两个有希望的替代方案。前者的方法与任意政策一起工作，依赖状态依赖和时间扩展的探索，具有健壮性的属性，但遭受了较高的样本复杂性，而后者的方法更有效，但仅限于可区分的政策，并且学习的政策是不太强大。为了解决这些问题，我们提出了一种新颖的零级演员 - 批评算法（ZOAC），该算法将这两种方法统一为派对演员 - 批判性结构，以保留两者的优势。 ZOAC在参数空间，一阶策略评估（PEV）和零订单策略改进（PIM）的参数空间中进行了推出集合，每次迭代中都会进行推出。我们使用不同类型的策略在广泛的挑战连续控制基准上进行广泛评估我们的方法，其中ZOAC优于零阶和一阶基线算法。

尽管在许多具有挑战性的问题中取得了成功，但增强学习（RL）仍然面临样本效率低下，可以通过将先验知识引入代理人来缓解。但是，在加强学习方面的许多转移技术使教师是专家的局限性假设。在本文中，我们将增强学习中的行动作为推理框架 - 即，在每个状态下的行动分布，类似于教师政策，而不是贝叶斯的先验 - 恢复最先进的策略蒸馏技术。然后，我们提出了一类自适应方法，这些方法可以通过结合奖励成型和辅助正则化损失来鲁sumply动作先验。与先前的工作相反，我们开发了利用次优的动作先验的算法，这些算法可能仍然传授有价值的知识 - 我们称之为软动作先验。拟议的算法通过根据教师在每个州的有用性的估计来调整教师反馈的强度来适应。我们执行表格实验，这表明所提出的方法达到了最先进的性能，在从次优先的先验中学习时超过了它。最后，我们证明了自适应算法在连续动作中的鲁棒性深度RL问题，与现有的策略蒸馏方法相比，自适应算法显着提高了稳定性。

通过比较它们在大型任务套件上的相对性能来主要评估深度加强学习（RL）算法。大多数已发布的Deep RL基准的结果比较了总体性能的积分估计，如任务的平均值和中位数分数，忽略了使用有限次训练运行所暗示的统计不确定性。从街机学习环境（ALE）开始，转向计算苛刻的基准导致只评估每项任务的少量运行的实践，加剧了点估计中的统计不确定性。在本文中，我们认为，在少数运行深处的RL政权中的可靠评估不能忽视结果中的不确定性，而无需冒着现场降低进展的风险。我们使用对Atari 100k基准测试的案例研究来说明这一点，在那里我们在单独从点估计中汲取的结论之间发现了大量差异与更全面的统计分析。旨在提高现场对报告的据报道的诸如少数经营的业绩的信心，我们倡导报告总绩效的间隔估计，并提出性能概况来解释结果的可变性，以及现在更强大和高效的总数的绩效作为狭隘的平均分数，在结果中取得小的不确定性。使用此类统计工具，我们在包括ALE，Procgen和DeepMind控制套件的其他广泛使用的RL基准测试中仔细审查了现有算法的性能评估，再次在先前的比较中显示差异。我们的调查结果呼吁改变我们如何评估深度RL的性能，我们提出了更严格的评估方法，伴随着开源库的最新，以防止不可靠的结果停滞不前。

大多数前往离线强化学习（RL）的方法都采取了一种迭代演员 - 批评批评，涉及违规评估。在本文中，我们展示了使用行为政策的政策Q估计来令人惊讶地执行一步的Q估计，从而简单地执行一个受限制/正规化的政策改进的步骤。该一步算法在大部分D4RL基准测试中击败了先前报告的迭代算法的结果。一步基线实现了这种强劲的性能，同时对超公数更简单，更强大而不是先前提出的迭代算法。我们认为迭代方法的表现相对较差是在违反政策评估中固有的高方差，并通过对这些估计的重复优化的政策进行放大。此外，我们假设一步算法的强大性能是由于环境和行为政策中有利结构的组合。

近年来，稀疏神经网络的使用迅速增长，尤其是在计算机视觉中。它们的吸引力在很大程度上源于培训和存储所需的参数数量以及学习效率的提高。有些令人惊讶的是，很少有努力探索他们在深度强化学习中的使用（DRL）。在这项工作中，我们进行了系统的调查，以在各种DRL代理和环境上应用许多现有的稀疏培训技术。我们的结果证实了计算机视觉域中稀疏训练的发现 - 稀疏网络在DRL域中对相同的参数计数的稀疏网络表现更好。我们提供了有关DRL中各种组件如何受到稀疏网络的影响的详细分析，并通过建议有希望的途径提高稀疏训练方法的有效性以及推进其在DRL中的使用来结论。

We propose a conceptually simple and lightweight framework for deep reinforcement learning that uses asynchronous gradient descent for optimization of deep neural network controllers. We present asynchronous variants of four standard reinforcement learning algorithms and show that parallel actor-learners have a stabilizing effect on training allowing all four methods to successfully train neural network controllers. The best performing method, an asynchronous variant of actor-critic, surpasses the current state-of-the-art on the Atari domain while training for half the time on a single multi-core CPU instead of a GPU. Furthermore, we show that asynchronous actor-critic succeeds on a wide variety of continuous motor control problems as well as on a new task of navigating random 3D mazes using a visual input.

随着机器学习算法和方法的成功，增强学习（RL）已成为越来越重要的研究领域。为了应对围绕RL训练时赋予RL代理的自由的安全问题，有关安全加固学习（SRL）的工作有所增加。但是，这些新的安全方法的审查少于其不安全的对应物。例如，安全方法之间的比较通常缺乏在相似的初始条件边界和超参数设置，使用较差的评估指标以及樱桃挑选最佳训练运行的情况下进行的公平评估，而不是在多个随机种子上平均。在这项工作中，我们使用评估最佳实践进行消融研究，以调查运行时间保证（RTA）的影响，该研究可以监视系统状态并干预以确保安全性，以确保安全性。通过研究在政策和非政策RL算法中的多种RTA方法，我们试图了解哪种RTA方法最有效，无论代理是否依赖RTA，以及奖励成型的重要性与RL代理培训中安全探索的重要性。我们的结论阐明了SRL的最有希望的方向，我们的评估方法为在未来的SRL工作中进行更好的比较奠定了基础。