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。
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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。
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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。
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自成立以来，建立在广泛任务中表现出色的普通代理的任务一直是强化学习的重要目标。这个问题一直是对Alarge工作体系的研究的主题，并且经常通过观察Atari 57基准中包含的广泛范围环境的分数来衡量的性能。 Agent57是所有57场比赛中第一个超过人类基准的代理商，但这是以数据效率差的代价，需要实现近800亿帧的经验。以Agent57为起点，我们采用了各种各样的形式，以降低超过人类基线所需的经验200倍。在减少数据制度和Propose有效的解决方案时，我们遇到了一系列不稳定性和瓶颈，以构建更强大，更有效的代理。我们还使用诸如Muesli和Muzero之类的高性能方法证明了竞争性的性能。 TOOUR方法的四个关键组成部分是（1）近似信任区域方法，该方法可以从TheOnline网络中稳定引导，（2）损失和优先级的归一化方案，在学习具有广泛量表的一组值函数时，可以提高鲁棒性， （3）改进的体系结构采用了NFNET的技术技术来利用更深的网络而无需标准化层，并且（4）政策蒸馏方法可使瞬时贪婪的策略加班。
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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。
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我们为策略梯度强化学习引入了一种约束的优化方法，该方法使用虚拟信任区域来调节每个策略更新。除了将一个单一旧政策作为正常信任区域的邻近性外，我们还建议通过另一个虚拟策略形成第二个信任区域，代表了过去的各种过去的政策。然后，我们执行新政策，以保持更靠近虚拟政策，如果旧政策的运作差，这将是有益的。更重要的是，我们提出了一种机制，可以自动从过去政策的记忆中自动构建虚拟策略，从而为在优化过程中动态学习适当的虚拟信任区域提供了新的能力。我们提出的方法是在不同的环境中进行检查，包括机器人运动控制，带有稀疏奖励和Atari游戏的导航，始终如一地证明了针对最近的上政策限制性策略梯度方法，在各种环境中进行了检查。
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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.
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Off-policy reinforcement learning (RL) using a fixed offline dataset of logged interactions is an important consideration in real world applications. This paper studies offline RL using the DQN Replay Dataset comprising the entire replay experience of a DQN agent on 60 Atari 2600 games. We demonstrate that recent off-policy deep RL algorithms, even when trained solely on this fixed dataset, outperform the fully-trained DQN agent. To enhance generalization in the offline setting, we present Random Ensemble Mixture (REM), a robust Q-learning algorithm that enforces optimal Bellman consistency on random convex combinations of multiple Q-value estimates. Offline REM trained on the DQN Replay Dataset surpasses strong RL baselines. Ablation studies highlight the role of offline dataset size and diversity as well as the algorithm choice in our positive results. Overall, the results here present an optimistic view that robust RL algorithms used on sufficiently large and diverse offline datasets can lead to high quality policies. To provide a testbed for offline RL and reproduce our results, the DQN Replay Dataset is released at offline-rl.github.io.
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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.
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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.
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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。
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我们为政策梯度方法介绍了一种新颖的训练程序，其中用于在飞行中优化强化学习算法的超参数。与其他HyperParameter搜索不同，我们将HyperParameter调度标记为标准的Markov决策过程，并使用epiSodic内存来存储所使用的超参数和培训背景的结果。在任何策略更新步骤中，策略学习者都指的是存储的经验，并自适应地将其学习算法与存储器确定的新的超参数重新配置。这种机制被称为epiSodic政策梯度训练（EPGT），可以联合学习单个运行中的策略和学习算法的封面。连续和离散环境的实验结果证明了利用所提出的方法促进各种政策梯度算法的性能的优点。
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The deep reinforcement learning community has made several independent improvements to the DQN algorithm. However, it is unclear which of these extensions are complementary and can be fruitfully combined. This paper examines six extensions to the DQN algorithm and empirically studies their combination. Our experiments show that the combination provides state-of-the-art performance on the Atari 2600 benchmark, both in terms of data efficiency and final performance. We also provide results from a detailed ablation study that shows the contribution of each component to overall performance.
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在时间差异增强学习算法中，价值估计的差异会导致最大目标值的不稳定性和高估。已经提出了许多算法来减少高估，包括最近的几种集合方法，但是，没有通过解决估计方差作为高估的根本原因来表现出样品效率学习的成功。在本文中，我们提出了一种简单的集合方法，将目标值估计为集合均值。尽管它很简单，但卑鄙的（还是在Atari学习环境基准测试的实验中显示出明显的样本效率）。重要的是，我们发现大小5的合奏充分降低了估计方差以消除滞后目标网络，从而消除了它作为偏见的来源并进一步获得样本效率。我们以直观和经验的方式为曲线的设计选择证明了合理性，包括独立经验抽样的必要性。在一组26个基准ATARI环境中，曲线均优于所有经过测试的基线，包括最佳的基线，日出，在16/26环境中的100K交互步骤，平均为68％。在21/26的环境中，曲线还优于500k步骤的Rainbow DQN，平均为49％，并使用200K（$ \ pm $ 100k）的交互步骤实现平均人级绩效。我们的实施可从https://github.com/indylab/meanq获得。
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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。
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我们说，如果对其他超参数的更改可以在很大程度上补偿批处理大小的更改，则算法是批量尺寸不变的。随机梯度下降众所周知，该特性通过学习率将其具有小批量的大小。但是，由于它们如何控制策略更新的大小，因此某些策略优化算法（例如PPO）没有此属性。在这项工作中，我们展示了如何使这些算法批处理大小不变。我们的关键见解是将近端策略（用于控制策略更新）的近端策略（用于校正更正）。我们的实验有助于解释为什么这些算法起作用，并显示它们如何更有效地利用陈旧数据。
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一种被称为优先体验重播（PER）的广泛研究的深钢筋学习（RL）技术使代理可以从与其时间差异（TD）误差成正比的过渡中学习。尽管已经表明，PER是离散作用域中深度RL方法总体性能的最关键组成部分之一，但许多经验研究表明，在连续控制中，它的表现非常低于参与者 - 批评算法。从理论上讲，我们表明，无法有效地通过具有较大TD错误的过渡对演员网络进行训练。结果，在Q网络下计算的近似策略梯度与在最佳Q功能下计算的实际梯度不同。在此激励的基础上，我们引入了一种新颖的经验重播抽样框架，用于演员批评方法，该框架还认为稳定性和最新发现的问题是Per的经验表现不佳。引入的算法提出了对演员和评论家网络的有效和高效培训的改进的新分支。一系列广泛的实验验证了我们的理论主张，并证明了引入的方法显着优于竞争方法，并获得了与标准的非政策参与者 - 批评算法相比，获得最先进的结果。
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大多数强化学习算法都利用了经验重播缓冲液，以反复对代理商过去观察到的样本进行训练。这样可以防止灾难性的遗忘，但是仅仅对每个样本都分配了同等的重要性是一种天真的策略。在本文中，我们提出了一种根据样本可以从样本中学到多少样本确定样本优先级的方法。我们将样本的学习能力定义为随着时间的推移，与该样品相关的训练损失的稳定减少。我们开发了一种算法，以优先考虑具有较高学习能力的样本，同时将优先级较低，为那些难以学习的样本，通常是由噪声或随机性引起的。我们从经验上表明，我们的方法比随机抽样更强大，而且比仅在训练损失方面优先排序更好，即时间差损失，这是在香草优先的经验重播中使用的。
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近年来近年来，加固学习方法已经发展了一系列政策梯度方法，主要用于建模随机政策的高斯分布。然而，高斯分布具有无限的支持，而现实世界应用通常具有有限的动作空间。如果它提供有限支持，则该解剖会导致可以消除的估计偏差，因为它提出了有限的支持。在这项工作中，我们调查如何在Openai健身房的两个连续控制任务中训练该测试策略在训练时执行该测试策略。对于这两个任务来说，测试政策在代理人的最终预期奖励方面优于高斯政策，也显示出更多的稳定性和更快的培训过程融合。对于具有高维图像输入的卡路里环境，在高斯政策中，代理的成功率提高了63％。
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横跨街机学习环境，彩虹实现了对人类和现代RL算法的竞争程度。然而，获得这种性能水平需要大量的数据和硬件资源，在该区域进行研究计算地昂贵并且在实际应用中使用通常是不可行的。本文的贡献是三倍：我们（1）提出了一种改进的彩虹版本，寻求大大减少彩虹的数据，培训时间和计算要求，同时保持其竞争性能; （2）我们通过实验通过对街机学习环境的实验来证明我们的方法的有效性，以及（3）我们进行了许多消融研究，以研究个体提出的修改的效果。我们改进的Rainbow版本达到了靠近经典彩虹的中位数的人为规范化分数，而使用20倍的数据，只需要7.5小时的单个GPU培训时间。我们还提供了我们的全部实施，包括预先训练的型号。
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