在这项工作中，我们在分配强化学习方面建立了最新的进步，以基于IQN提供模型的最新分配变体。我们通过使用GAN模型的生成器和鉴别器功能与分位数回归来实现这一目标，从而近似于状态返回分布的完整分位数。我们证明了基线数据集的性能提高-57 Atari 2600游戏。此外，我们使用算法来显示Atari游戏中风险敏感政策的最新培训表现，并通过政策优化和评估。
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In reinforcement learning an agent interacts with the environment by taking actions and observing the next state and reward. When sampled probabilistically, these state transitions, rewards, and actions can all induce randomness in the observed long-term return. Traditionally, reinforcement learning algorithms average over this randomness to estimate the value function. In this paper, we build on recent work advocating a distributional approach to reinforcement learning in which the distribution over returns is modeled explicitly instead of only estimating the mean. That is, we examine methods of learning the value distribution instead of the value function. We give results that close a number of gaps between the theoretical and algorithmic results given by Bellemare, . First, we extend existing results to the approximate distribution setting. Second, we present a novel distributional reinforcement learning algorithm consistent with our theoretical formulation. Finally, we evaluate this new algorithm on the Atari 2600 games, observing that it significantly outperforms many of the recent improvements on DQN, including the related distributional algorithm C51.
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In recent years distributional reinforcement learning has produced many state of the art results. Increasingly sample efficient Distributional algorithms for the discrete action domain have been developed over time that vary primarily in the way they parameterize their approximations of value distributions, and how they quantify the differences between those distributions. In this work we transfer three of the most well-known and successful of those algorithms (QR-DQN, IQN and FQF) to the continuous action domain by extending two powerful actor-critic algorithms (TD3 and SAC) with distributional critics. We investigate whether the relative performance of the methods for the discrete action space translates to the continuous case. To that end we compare them empirically on the pybullet implementations of a set of continuous control tasks. Our results indicate qualitative invariance regarding the number and placement of distributional atoms in the deterministic, continuous action setting.
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In this paper we argue for the fundamental importance of the value distribution: the distribution of the random return received by a reinforcement learning agent. This is in contrast to the common approach to reinforcement learning which models the expectation of this return, or value. Although there is an established body of literature studying the value distribution, thus far it has always been used for a specific purpose such as implementing risk-aware behaviour. We begin with theoretical results in both the policy evaluation and control settings, exposing a significant distributional instability in the latter. We then use the distributional perspective to design a new algorithm which applies Bellman's equation to the learning of approximate value distributions. We evaluate our algorithm using the suite of games from the Arcade Learning Environment. We obtain both state-of-the-art results and anecdotal evidence demonstrating the importance of the value distribution in approximate reinforcement learning. Finally, we combine theoretical and empirical evidence to highlight the ways in which the value distribution impacts learning in the approximate setting.
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强化学习（RL）通过与环境相互作用的试验过程解决顺序决策问题。尽管RL在玩复杂的视频游戏方面取得了巨大的成功，但在现实世界中，犯错误总是不希望的。为了提高样本效率并从而降低错误，据信基于模型的增强学习（MBRL）是一个有前途的方向，它建立了环境模型，在该模型中可以进行反复试验，而无需实际成本。在这项调查中，我们对MBRL进行了审查，重点是Deep RL的最新进展。对于非壮观环境，学到的环境模型与真实环境之间始终存在概括性错误。因此，非常重要的是分析环境模型中的政策培训与实际环境中的差异，这反过来又指导了更好的模型学习，模型使用和政策培训的算法设计。此外，我们还讨论了其他形式的RL，包括离线RL，目标条件RL，多代理RL和Meta-RL的最新进展。此外，我们讨论了MBRL在现实世界任务中的适用性和优势。最后，我们通过讨论MBRL未来发展的前景来结束这项调查。我们认为，MBRL在被忽略的现实应用程序中具有巨大的潜力和优势，我们希望这项调查能够吸引更多关于MBRL的研究。
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我们研究了分销RL的多步非政策学习方法。尽管基于价值的RL和分布RL之间的相似性明显相似，但我们的研究揭示了多步环境中两种情况之间的有趣和根本差异。我们确定了依赖路径依赖性分布TD误差的新颖概念，这对于原则上的多步分布RL是必不可少的。基于价值的情况的区别对诸如后视算法等概念的重要含义具有重要意义。我们的工作提供了多步非政策分布RL算法的第一个理论保证，包括适用于多步分配RL现有方法的结果。此外，我们得出了一种新颖的算法，即分位数回归 - 逆转录，该算法导致了深度RL QR QR-DQN-RETRACE，显示出对Atari-57基准上QR-DQN的经验改进。总的来说，我们阐明了多步分布RL中如何在理论和实践中解决多个独特的挑战。
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我们考虑从分布强化学习中学习一组概率分布的问题（RL），该学位与仅在经典RL中的期望相比，学习了整个返回分布。尽管它成功地获得了卓越的性能，但我们仍然对分布RL中的价值分布的工作方式有糟糕的了解。在这项研究中，我们通过在神经拟合z-材料〜（Neural FZI）框架中的其他价值分布信息的杠杆作用来分析分布RL的优化益处。首先，我们证明了分布RL的分布损失具有理想的平滑性特征，因此具有稳定的梯度，这与促进优化稳定性的趋势一致。此外，分布RL的加速效应是通过分解返回分布来揭示的。事实证明，如果合适的值分布近似值，则分布RL可以表现出色，该分布由每个特定分布RL算法中每个环境中梯度估计的方差衡量。严格的实验验证了分布RL的稳定优化行为，与经典RL相比，其加速效应有助于其加速作用。我们研究的发现阐明了分布RL算法中的价值分布如何有助于优化。
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在这项工作中，我们继续建立最近有限马尔可夫进程的钢筋学习的进步。以前现有的算法中的一种共同方法，包括单个演员和分布式，都是剪辑奖励，也可以在Q函数上应用转换方法，以处理真正的折扣回报中的各种大小。理论上我们展示了如果我们有非确定性过程，最成功的方法可能不会产生最佳政策。作为一种解决方案，我们认为分布加强学习借给自己完全解决这种情况。通过引入共轭分布运营商，我们可以处理大量转换，以获得有保证的理论融合。我们提出了一种基于该操作员的近似单录像机算法，该操作员使用Cram \'ER距离给出的适当分布度量直接在不妨碍的奖励上培养代理。在使用粘性动作的35个Atari 2600游戏套件中培训代理的随机环境中的表现，与多巴胺框架中的其他众所周知的算法相比，获得最先进的绩效。
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分布强化学习〜（RL）是一类最先进的算法，可估计总回报的全部分布，而不仅仅是其期望。尽管分销RL的表现出色，但对基于预期的RL的优势的理论理解仍然难以捉摸。在本文中，我们将分布RL的优越性归因于其正规化效果，无论其预期如何，其价值分布信息。首先，通过稳健统计数据中总误差模型的变体的杠杆作用，我们将值分布分解为其预期和其余分布部分。因此，与基于期望的RL相比，分布RL的额外好处主要解释为在神经拟合Z-材料框架中\ textit {风险敏感的熵正则化}的影响。同时，我们在最大熵RL中的分布RL的风险敏感熵正则和香草熵之间建立了一个桥梁，专门针对参与者 - 批评算法。它揭示了分布RL诱导校正后的奖励函数，从而促进了针对环境内在不确定性的风险敏感探索。最后，广泛的实验证实了分布RL的正则化作用和不同熵正则化的相互影响的作用。我们的研究铺平了一种更好地解释分布RL算法的功效，尤其是通过正则化的镜头的方法。
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深度加强学习（DRL）的框架为连续决策提供了强大而广泛适用的数学形式化。本文提出了一种新的DRL框架，称为\ emph {$ f $-diveliventcence加强学习（frl）}。在FRL中，通过最大限度地减少学习政策和采样策略之间的$ F $同时执行策略评估和政策改进阶段，这与旨在最大化预期累计奖励的传统DRL算法不同。理论上，我们证明最小化此类$ F $ - 可以使学习政策会聚到最佳政策。此外，我们将FRL框架中的培训代理程序转换为通过Fenchel Concugate的特定$ F $函数转换为鞍点优化问题，这构成了政策评估和政策改进的新方法。通过数学证据和经验评估，我们证明FRL框架有两个优点：（1）政策评估和政策改进过程同时进行，（2）高估价值函数的问题自然而缓解。为了评估FRL框架的有效性，我们对Atari 2600的视频游戏进行实验，并显示在FRL框架中培训的代理匹配或超越基线DRL算法。
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While risk-neutral reinforcement learning has shown experimental success in a number of applications, it is well-known to be non-robust with respect to noise and perturbations in the parameters of the system. For this reason, risk-sensitive reinforcement learning algorithms have been studied to introduce robustness and sample efficiency, and lead to better real-life performance. In this work, we introduce new model-free risk-sensitive reinforcement learning algorithms as variations of widely-used Policy Gradient algorithms with similar implementation properties. In particular, we study the effect of exponential criteria on the risk-sensitivity of the policy of a reinforcement learning agent, and develop variants of the Monte Carlo Policy Gradient algorithm and the online (temporal-difference) Actor-Critic algorithm. Analytical results showcase that the use of exponential criteria generalize commonly used ad-hoc regularization approaches. The implementation, performance, and robustness properties of the proposed methods are evaluated in simulated experiments.
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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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由于数据量增加，金融业的快速变化已经彻底改变了数据处理和数据分析的技术，并带来了新的理论和计算挑战。与古典随机控制理论和解决财务决策问题的其他分析方法相比，解决模型假设的财务决策问题，强化学习（RL）的新发展能够充分利用具有更少模型假设的大量财务数据并改善复杂的金融环境中的决策。该调查纸目的旨在审查最近的资金途径的发展和使用RL方法。我们介绍了马尔可夫决策过程，这是许多常用的RL方法的设置。然后引入各种算法，重点介绍不需要任何模型假设的基于价值和基于策略的方法。连接是用神经网络进行的，以扩展框架以包含深的RL算法。我们的调查通过讨论了这些RL算法在金融中各种决策问题中的应用，包括最佳执行，投资组合优化，期权定价和对冲，市场制作，智能订单路由和Robo-Awaring。
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在实际情况下，代理观察的状态观察可能含有测量误差或对抗性噪音，误导代理人在训练时采取次优行动甚至崩溃。在本文中，我们研究了分布加固学习的培训稳健性〜（RL），一类最先进的方法，即估计整个分布，而不是仅期望的总回报。首先，我们验证了基于期望和分布的Bellman运营商在状态 - Noisy Markov决策过程〜（SN-MDP）中的收缩，该典型表格案例包含随机和对抗状态观察噪声。除了SN-MDP之外，我们将分析基于期望的RL中最小二乘损失的脆弱性，具有线性或非线性函数近似。相比之下，基于直方图密度估计理论地表征分布RL损耗的有界梯度规范。由此产生的稳定梯度，而分布RL的优化占其更好地训练稳健性，而不是国家观察噪声。最后，在游戏套件上进行了广泛的实验，在不同的状态观察噪声的不同强度下，在SN-MDP样设置中验证了基于期望和分布RL的收敛性。更重要的是，与SN-MDP之外的嘈杂设置中，与基于期望的对应物相比，分布RL与嘈杂的状态观察相比，分配RL不易受到噪声的噪声。
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强大的加强学习试图使预测对系统的动态或奖励的变化更加强大。当从数据中估算环境的动态和奖励时，此问题尤其重要。在本文中，我们近似使用$ \ phi $ divergence使用近似风险的配方来限制强大的增强学习。我们表明，通过目标的标准偏差惩罚，可以鲁esthing稳健地进行经典的增强学习配方。在经典的健身房环境中提出和测试了两种基于分布强化学习的算法，一种用于离散的算法，一种用于连续的动作空间，以证明算法的鲁棒性。
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离线增强学习（RL）将经典RL算法的范式扩展到纯粹从静态数据集中学习，而无需在学习过程中与基础环境进行交互。离线RL的一个关键挑战是政策培训的不稳定，这是由于离线数据的分布与学习政策的未结束的固定状态分配之间的不匹配引起的。为了避免分配不匹配的有害影响，我们将当前政策的未静置固定分配正规化在政策优化过程中的离线数据。此外，我们训练动力学模型既实施此正规化，又可以更好地估计当前策略的固定分布，从而减少了分布不匹配引起的错误。在各种连续控制的离线RL数据集中，我们的方法表示竞争性能，从而验证了我们的算法。该代码公开可用。
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最大熵增强学习（MaxEnt RL）算法，如软Q-Learning（SQL）和软演员 - 评论家权衡奖励和政策熵，有可能提高培训稳定性和鲁棒性。然而，大多数最大的RL方法使用恒定的权衡系数（温度），与温度应该在训练早期高的直觉相反，以避免对嘈杂的价值估算和减少培训后，我们越来越多地信任高价值估计，避免危险的估算和减少导致好奖励。此外，我们对价值估计的置信度是国家依赖的，每次使用更多证据来更新估算时都会增加。在本文中，我们提出了一种简单的状态温度调度方法，并将其实例化为基于计数的软Q学习（CBSQL）。我们在玩具领域以及在几个Atari 2600域中评估我们的方法，并显示有前途的结果。
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Deep reinforcement learning is poised to revolutionise the field of AI and represents a step towards building autonomous systems with a higher level understanding of the visual world. Currently, deep learning is enabling reinforcement learning to scale to problems that were previously intractable, such as learning to play video games directly from pixels. Deep reinforcement learning algorithms are also applied to robotics, allowing control policies for robots to be learned directly from camera inputs in the real world. In this survey, we begin with an introduction to the general field of reinforcement learning, then progress to the main streams of value-based and policybased methods. Our survey will cover central algorithms in deep reinforcement learning, including the deep Q-network, trust region policy optimisation, and asynchronous advantage actor-critic. In parallel, we highlight the unique advantages of deep neural networks, focusing on visual understanding via reinforcement learning. To conclude, we describe several current areas of research within the field.
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当相互作用数据稀缺时，深厚的增强学习（RL）算法遭受了严重的性能下降，这限制了其现实世界的应用。最近，视觉表示学习已被证明是有效的，并且有望提高RL样品效率。这些方法通常依靠对比度学习和数据扩展来训练状态预测的过渡模型，这与在RL中使用模型的方式不同 - 基于价值的计划。因此，学到的模型可能无法与环境保持良好状态并产生一致的价值预测，尤其是当国家过渡不是确定性的情况下。为了解决这个问题，我们提出了一种称为价值一致表示学习（VCR）的新颖方法，以学习与决策直接相关的表示形式。更具体地说，VCR训练一个模型，以预测基于当前的状态（也称为“想象的状态”）和一系列动作。 VCR没有将这个想象中的状态与环境返回的真实状态保持一致，而是在两个状态上应用$ q $ - 价值头，并获得了两个行动值分布。然后将距离计算并最小化以迫使想象的状态产生与真实状态相似的动作值预测。我们为离散和连续的动作空间开发了上述想法的两个实现。我们对Atari 100K和DeepMind Control Suite基准测试进行实验，以验证其提高样品效率的有效性。已经证明，我们的方法实现了无搜索RL算法的新最新性能。
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在动态编程（DP）和强化学习（RL）中，代理商学会在通过由Markov决策过程（MDP）建模的环境中顺序交互来实现预期的长期返回。更一般地在分布加强学习（DRL）中，重点是返回的整体分布，而不仅仅是其期望。虽然基于DRL的方法在RL中产生了最先进的性能，但它们涉及尚未充分理解的额外数量（与非分布设置相比）。作为第一个贡献，我们介绍了一类新的分类运营商，以及一个实用的DP算法，用于策略评估，具有强大的MDP解释。实际上，我们的方法通过增强的状态空间重新重新重新重新重新重新格式化，其中每个状态被分成最坏情况的子变量，并且最佳的子变电站，其值分别通过安全和危险的策略最大化。最后，我们派生了分配运营商和DP算法解决了一个新的控制任务：如何区分安全性的最佳动作，以便在最佳政策空间中打破联系？
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