Current approaches to multi-agent cooperation rely heavily on centralized mechanisms or explicit communication protocols to ensure convergence. This paper studies the problem of distributed multi-agent learning without resorting to centralized components or explicit communication. It examines the use of distribution matching to facilitate the coordination of independent agents. In the proposed scheme, each agent independently minimizes the distribution mismatch to the corresponding component of a target visitation distribution. The theoretical analysis shows that under certain conditions, each agent minimizing its individual distribution mismatch allows the convergence to the joint policy that generated the target distribution. Further, if the target distribution is from a joint policy that optimizes a cooperative task, the optimal policy for a combination of this task reward and the distribution matching reward is the same joint policy. This insight is used to formulate a practical algorithm (DM$^2$), in which each individual agent matches a target distribution derived from concurrently sampled trajectories from a joint expert policy. Experimental validation on the StarCraft domain shows that combining (1) a task reward, and (2) a distribution matching reward for expert demonstrations for the same task, allows agents to outperform a naive distributed baseline. Additional experiments probe the conditions under which expert demonstrations need to be sampled to obtain the learning benefits.

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。

分散的学习对合作多代理增强学习（MARL）表现出了巨大的希望。但是，非平稳性仍然是分散学习的重大挑战。在论文中，我们以最简单和基本的方式解决了非平稳性问题，并提出\ textit {多代理替代Q学习}（MA2QL），在那里，代理商轮流通过Q学习来更新其Q-函数。MA2QL是完全分散合作MARL的一种\ Textit {Minimalist}方法，但理论上是基础的。我们证明，当每个代理商在每个回合都保证$ \ varepsilon $ -Convergence时，他们的联合政策会收敛到NASH平衡。实际上，MA2QL仅需要对独立Q学习（IQL）的最小变化。我们经验评估MA2QL对各种合作的多代理任务。结果表明，MA2QL始终胜过IQL，尽管这种变化很小，但它验证了MA2QL的有效性。

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。

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。

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。

我们提出了贝叶斯团队模仿学习者（BTIL），这是一种模仿学习算法，以模拟马尔可夫域中执行顺序任务的团队的行为。与现有的多机构模仿学习技术相反，BTIL明确模型并渗透了团队成员的时间变化的心理状态，从而从次优的团队合作的演示中实现了分散的团队政策的学习。此外，为了允许从小型数据集中进行样本和标签有效的政策学习，Btil采用了贝叶斯的角度，并且能够从半监督的示范中学习。我们证明并基准了BTIL在合成多代理任务以及人类代理团队工作的新型数据集上的性能。我们的实验表明，尽管团队成员（随时间变化且可能未对准）精神状态对其行为的影响，BTIL可以成功地从示威中学习团队政策。

我们研究了离线模仿学习（IL）的问题，在该问题中，代理商旨在学习最佳的专家行为政策，而无需其他在线环境互动。取而代之的是，该代理来自次优行为的补充离线数据集。解决此问题的先前工作要么要求专家数据占据离线数据集的大部分比例，要么需要学习奖励功能并在以后执行离线加强学习（RL）。在本文中，我们旨在解决问题，而无需进行奖励学习和离线RL培训的其他步骤，当时示范包含大量次优数据。基于行为克隆（BC），我们引入了一个额外的歧视者，以区分专家和非专家数据。我们提出了一个合作框架，以增强这两个任务的学习，基于此框架，我们设计了一种新的IL算法，其中歧视者的输出是BC损失的权重。实验结果表明，与基线算法相比，我们提出的算法可获得更高的回报和更快的训练速度。

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。

我们为模仿学习提供了一个新的框架 - 将模仿视为政策和奖励之间的基于两人排名的游戏。在这个游戏中，奖励代理商学会了满足行为之间的成对性能排名，而政策代理人则学会最大程度地提高这种奖励。在模仿学习中，很难获得近乎最佳的专家数据，即使在无限数据的限制下，也不能像偏好一样对轨迹进行总订购。另一方面，仅从偏好中学习就具有挑战性，因为需要大量偏好来推断高维奖励功能，尽管偏好数据通常比专家演示更容易收集。经典的逆增强学习（IRL）的配方从专家演示中学习，但没有提供从离线偏好中纳入学习的机制，反之亦然。我们将提出的排名游戏框架实例化，并具有新颖的排名损失，从而使算法可以同时从专家演示和偏好中学习，从而获得两种方式的优势。我们的实验表明，所提出的方法可实现最新的样本效率，并可以从观察（LFO）设置中学习以前无法解决的任务。

在合作的多代理增强学习（MARL）中，将价值​​分解与参与者 - 批评结合，使代理人能够学习随机政策，这更适合部分可观察到的环境。鉴于学习能够分散执行的本地政策的目标，通常认为代理人彼此独立，即使在集中式培训中也是如此。但是，这样的假设可能会禁止代理人学习最佳联合政策。为了解决这个问题，我们明确地将代理商之间的依赖性带入集中式培训。尽管这导致了最佳联合政策，但对于分散的执行，可能不会分解它。然而，从理论上讲，从这样的联合政策中，我们始终可以得出另一项联合政策，该政策可实现相同的最优性，但可以分解以分散的执行。为此，我们提出了多机构条件政策分解（MACPF），该政策分解（MACPF）需要进行更集中的培训，但仍可以实现分散的执行。我们在各种合作的MARL任务中验证MACPF，并证明MACPF比基线获得更好的性能或更快的收敛性。

在本文中，我们提出了一个健壮的模仿学习（IL）框架，该框架在扰动环境动态时改善了IL的稳健性。在单个环境中训练的现有IL框架可能会因环境动力学的扰动而灾难性地失败，因为它无法捕获可以更改潜在环境动态的情况。我们的框架有效地处理了具有不同动态的环境，通过模仿了采样环境动力学中的多个专家，以增强环境动力学的一般变化中的鲁棒性。为了强力模仿多个样本专家，我们将代理商政策与每个样本专家之间的Jensen-Shannon分歧降低了风险。数值结果表明，与常规IL基准相比，我们的算法显着提高了针对动力学扰动的鲁棒性。

独立的强化学习算法没有理论保证，用于在多代理设置中找到最佳策略。然而，在实践中，先前的作品报告了在某些域中的独立算法和其他方面的良好性能。此外，文献中缺乏对独立算法的优势和弱点的全面研究。在本文中，我们对四个Pettingzoo环境进行了独立算法的性能的实证比较，这些环境跨越了三种主要类别的多助理环境，即合作，竞争和混合。我们表明，在完全可观察的环境中，独立的算法可以在协作和竞争环境中与多代理算法进行同步。对于混合环境，我们表明通过独立算法培训的代理商学会单独执行，但未能学会与盟友合作并与敌人竞争。我们还表明，添加重复性提高了合作部分可观察环境中独立算法的学习。

样本效率对于仿制学习方法来说至关重要，以适用于现实世界应用。许多研究通过延长对抗性模仿的违法行为来提高样本效率，无论这些违规延迟是否可以改变原始目标或涉及复杂的优化。我们重新审视对抗性模仿的基础，并提出了一种不需要对抗性培训或最小最大优化的脱营式样本有效方法。我们的配方在两个主要见解中大写：（1）Bellman方程和静止状态 - 动作分配方程之间的相似性使我们能够推导出一种新的时间差异（TD）学习方法; （2）使用确定性政策简化了TD学习。结合，这些见解产生了一种实用的算法，确定性和鉴别的模仿（D2仿真），其通过第一分区样本来分为两个重放缓冲区，然后通过禁止策略加强学习学习确定性政策。我们的经验结果表明，D2模仿在实现良好的样本效率方面有效，表现出对许多控制任务的对抗模仿的几种违规延伸方法。

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。

培训期间的对抗性攻击能够强烈影响多功能增强学习算法的性能。因此，非常希望增加现有算法，使得消除对抗对协作网络的对抗性攻击的影响，或者至少有界限。在这项工作中，我们考虑一个完全分散的网络，每个代理商收到本地奖励并观察全球州和行动。我们提出了一种基于弹性共识的演员 - 批评算法，其中每个代理估计了团队平均奖励和价值函数，并将关联的参数向量传送到其立即邻居。我们表明，在拜占庭代理人的存在下，其估算和通信策略是完全任意的，合作社的估计值会融合到有概率一体的有界共识值，条件是在附近的最多有$ H $拜占庭代理商每个合作社和网络都是$（2h + 1）$ - 强大。此外，我们证明，合作社的政策在其团队平均目标函数的局部最大化器周围汇聚在其团队平均目标函数的概率上，这是对渐关节转移变得稳定的普发因子的政策。

保守主义的概念导致了离线强化学习（RL）的重要进展，其中代理从预先收集的数据集中学习。但是，尽可能多的实际方案涉及多个代理之间的交互，解决更实际的多代理设置中的离线RL仍然是一个开放的问题。鉴于最近将Online RL算法转移到多代理设置的成功，可以预期离线RL算法也将直接传输到多代理设置。令人惊讶的是，当基于保守的算法应用于多蛋白酶的算法时，性能显着降低了越来越多的药剂。为了减轻劣化，我们确定了价值函数景观可以是非凹形的关键问题，并且策略梯度改进容易出现本地最优。自从任何代理人的次优政策可能导致不协调的全球失败以来，多个代理人会加剧问题。在这种直觉之后，我们提出了一种简单而有效的方法，脱机多代理RL与演员整流（OMAR），通过有效的一阶政策梯度和Zeroth订单优化方法为演员更好地解决这一关键挑战优化保守值函数。尽管简单，奥马尔显着优于强大的基线，在多售后连续控制基准测试中具有最先进的性能。

Standard imitation learning can fail when the expert demonstrators have different sensory inputs than the imitating agent. This is because partial observability gives rise to hidden confounders in the causal graph. We break down the space of confounded imitation learning problems and identify three settings with different data requirements in which the correct imitation policy can be identified. We then introduce an algorithm for deconfounded imitation learning, which trains an inference model jointly with a latent-conditional policy. At test time, the agent alternates between updating its belief over the latent and acting under the belief. We show in theory and practice that this algorithm converges to the correct interventional policy, solves the confounding issue, and can under certain assumptions achieve an asymptotically optimal imitation performance.

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。

熵正则化是增强学习（RL）的流行方法。尽管它具有许多优势，但它改变了原始马尔可夫决策过程（MDP）的RL目标。尽管已经提出了差异正则化来解决这个问题，但不能微不足道地应用于合作的多代理增强学习（MARL）。在本文中，我们研究了合作MAL中的差异正则化，并提出了一种新型的非政策合作MARL框架，差异性的多代理参与者 - 参与者（DMAC）。从理论上讲，我们得出了DMAC的更新规则，该规则自然存在，并保证了原始MDP和Divergence regullatized MDP的单调政策改进和收敛。我们还给出了原始MDP中融合策略和最佳策略之间的差异。 DMAC是一个灵活的框架，可以与许多现有的MARL算法结合使用。从经验上讲，我们在教学随机游戏和Starcraft Multi-Agent挑战中评估了DMAC，并表明DMAC显着提高了现有的MARL算法的性能。