We explore deep reinforcement learning methods for multi-agent domains. We begin by analyzing the difficulty of traditional algorithms in the multi-agent case: Q-learning is challenged by an inherent non-stationarity of the environment, while policy gradient suffers from a variance that increases as the number of agents grows. We then present an adaptation of actor-critic methods that considers action policies of other agents and is able to successfully learn policies that require complex multiagent coordination. Additionally, we introduce a training regimen utilizing an ensemble of policies for each agent that leads to more robust multi-agent policies. We show the strength of our approach compared to existing methods in cooperative as well as competitive scenarios, where agent populations are able to discover various physical and informational coordination strategies.

Reinforcement learning in multi-agent scenarios is important for real-world applications but presents challenges beyond those seen in singleagent settings. We present an actor-critic algorithm that trains decentralized policies in multiagent settings, using centrally computed critics that share an attention mechanism which selects relevant information for each agent at every timestep. This attention mechanism enables more effective and scalable learning in complex multiagent environments, when compared to recent approaches. Our approach is applicable not only to cooperative settings with shared rewards, but also individualized reward settings, including adversarial settings, as well as settings that do not provide global states, and it makes no assumptions about the action spaces of the agents. As such, it is flexible enough to be applied to most multi-agent learning problems.

多代理深入的强化学习已应用于解决各种离散或连续动作空间的各种复杂问题，并取得了巨大的成功。但是，大多数实际环境不能仅通过离散的动作空间或连续的动作空间来描述。而且很少有作品曾经利用深入的加固学习（DRL）来解决混合动作空间的多代理问题。因此，我们提出了一种新颖的算法：深层混合软性角色 - 批评（MAHSAC）来填补这一空白。该算法遵循集中式训练但分散执行（CTDE）范式，并扩展软actor-Critic算法（SAC），以根据最大熵在多机构环境中处理混合动作空间问题。我们的经验在一个简单的多代理粒子世界上运行，具有连续的观察和离散的动作空间以及一些基本的模拟物理。实验结果表明，MAHSAC在训练速度，稳定性和抗干扰能力方面具有良好的性能。同时，它在合作场景和竞争性场景中胜过现有的独立深层学习方法。

Cooperative multi-agent reinforcement learning (MARL) has achieved significant results, most notably by leveraging the representation-learning abilities of deep neural networks. However, large centralized approaches quickly become infeasible as the number of agents scale, and fully decentralized approaches can miss important opportunities for information sharing and coordination. Furthermore, not all agents are equal -- in some cases, individual agents may not even have the ability to send communication to other agents or explicitly model other agents. This paper considers the case where there is a single, powerful, \emph{central agent} that can observe the entire observation space, and there are multiple, low-powered \emph{local agents} that can only receive local observations and are not able to communicate with each other. The central agent's job is to learn what message needs to be sent to different local agents based on the global observations, not by centrally solving the entire problem and sending action commands, but by determining what additional information an individual agent should receive so that it can make a better decision. In this work we present our MARL algorithm \algo, describe where it would be most applicable, and implement it in the cooperative navigation and multi-agent walker domains. Empirical results show that 1) learned communication does indeed improve system performance, 2) results generalize to heterogeneous local agents, and 3) results generalize to different reward structures.

将深度强化学习（DRL）扩展到多代理领域的研究已经解决了许多复杂的问题，并取得了重大成就。但是，几乎所有这些研究都只关注离散或连续的动作空间，而且很少有作品曾经使用过多代理的深度强化学习来实现现实世界中的环境问题，这些问题主要具有混合动作空间。因此，在本文中，我们提出了两种算法：深层混合软性角色批评（MAHSAC）和多代理混合杂种深层确定性政策梯度（MAHDDPG）来填补这一空白。这两种算法遵循集中式培训和分散执行（CTDE）范式，并可以解决混合动作空间问题。我们的经验在多代理粒子环境上运行，这是一个简单的多代理粒子世界，以及一些基本的模拟物理。实验结果表明，这些算法具有良好的性能。

政策梯度方法在多智能体增强学习中变得流行，但由于存在环境随机性和探索代理（即非公平性​​），它们遭受了高度的差异，这可能因信用分配难度而受到困扰。结果，需要一种方法，该方法不仅能够有效地解决上述两个问题，而且需要足够强大地解决各种任务。为此，我们提出了一种新的多代理政策梯度方法，称为强大的本地优势（ROLA）演员 - 评论家。 Rola允许每个代理人将个人动作值函数作为当地评论家，以及通过基于集中评论家的新型集中培训方法来改善环境不良。通过使用此本地批评，每个代理都计算基准，以减少对其策略梯度估计的差异，这导致含有其他代理的预期优势动作值，这些选项可以隐式提高信用分配。我们在各种基准测试中评估ROLA，并在许多最先进的多代理政策梯度算法上显示其鲁棒性和有效性。

This work considers the problem of learning cooperative policies in complex, partially observable domains without explicit communication. We extend three classes of single-agent deep reinforcement learning algorithms based on policy gradient, temporal-difference error, and actor-critic methods to cooperative multi-agent systems. We introduce a set of cooperative control tasks that includes tasks with discrete and continuous actions, as well as tasks that involve hundreds of agents. The three approaches are evaluated against each other using different neural architectures, training procedures, and reward structures. Using deep reinforcement learning with a curriculum learning scheme, our approach can solve problems that were previously considered intractable by most multi-agent reinforcement learning algorithms. We show that policy gradient methods tend to outperform both temporal-difference and actor-critic methods when using feed-forward neural architectures. We also show that recurrent policies, while more difficult to train, outperform feed-forward policies on our evaluation tasks.

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。

Communication is supposed to improve multi-agent collaboration and overall performance in cooperative Multi-agent reinforcement learning (MARL). However, such improvements are prevalently limited in practice since most existing communication schemes ignore communication overheads (e.g., communication delays). In this paper, we demonstrate that ignoring communication delays has detrimental effects on collaborations, especially in delay-sensitive tasks such as autonomous driving. To mitigate this impact, we design a delay-aware multi-agent communication model (DACOM) to adapt communication to delays. Specifically, DACOM introduces a component, TimeNet, that is responsible for adjusting the waiting time of an agent to receive messages from other agents such that the uncertainty associated with delay can be addressed. Our experiments reveal that DACOM has a non-negligible performance improvement over other mechanisms by making a better trade-off between the benefits of communication and the costs of waiting for messages.

最先进的多机构增强学习（MARL）方法为各种复杂问题提供了有希望的解决方案。然而，这些方法都假定代理执行同步的原始操作执行，因此它们不能真正可扩展到长期胜利的真实世界多代理/机器人任务，这些任务固有地要求代理/机器人以异步的理由，涉及有关高级动作选择的理由。不同的时间。宏观行动分散的部分可观察到的马尔可夫决策过程（MACDEC-POMDP）是在完全合作的多代理任务中不确定的异步决策的一般形式化。在本论文中，我们首先提出了MacDec-Pomdps的一组基于价值的RL方法，其中允许代理在三个范式中使用宏观成果功能执行异步学习和决策：分散学习和控制，集中学习，集中学习和控制，以及分散执行的集中培训（CTDE）。在上述工作的基础上，我们在三个训练范式下制定了一组基于宏观行动的策略梯度算法，在该训练范式下，允许代理以异步方式直接优化其参数化策略。我们在模拟和真实的机器人中评估了我们的方法。经验结果证明了我们在大型多代理问题中的方法的优势，并验证了我们算法在学习具有宏观actions的高质量和异步溶液方面的有效性。

多代理深度增强学习（Marl）缺乏缺乏共同使用的评估任务和标准，使方法之间的比较困难。在这项工作中，我们提供了一个系统评估，并比较了三种不同类别的Marl算法（独立学习，集中式多代理政策梯度，价值分解）在各种协作多智能经纪人学习任务中。我们的实验是在不同学习任务中作为算法的预期性能的参考，我们为不同学习方法的有效性提供了见解。我们开源EPYMARL，它将Pymarl CodeBase扩展到包括其他算法，并允许灵活地配置算法实现细节，例如参数共享。最后，我们开源两种环境，用于多智能经纪研究，重点关注稀疏奖励下的协调。

在人工多智能体系中，学习协作政策的能力是基于代理商的沟通技巧，他们必须能够编码从环境中收到的信息，并学习如何与手头任务所要求的其他代理分享它。我们介绍了一个深度加强学习方法，连接驱动的通信（CDC），促进了多种子体协作行为的出现，仅通过经验。代理被建模为加权图的节点，其状态相关的边缘编码可以交换的对方式。我们介绍了一种依赖于图形的关注机制，可以控制代理的传入消息如何加权。此机制完全核对图表所表示的系统的当前状态，并在捕获信息如何在图中流动的扩散过程中构建。图形拓扑未被假定已知先验，但在代理人的观察中动态依赖于代理人，并以端到端的方式与注意机制和政策同时学习。我们的经验结果表明，CDC能够学习有效的协作政策，并可以在合作导航任务上过度执行竞争学习算法。

许多现实世界的应用程序都可以作为多机构合作问题进行配置，例如网络数据包路由和自动驾驶汽车的协调。深入增强学习（DRL）的出现为通过代理和环境的相互作用提供了一种有前途的多代理合作方法。但是，在政策搜索过程中，传统的DRL解决方案遭受了多个代理具有连续动作空间的高维度。此外，代理商政策的动态性使训练非平稳。为了解决这些问题，我们建议采用高级决策和低水平的个人控制，以进行有效的政策搜索，提出一种分层增强学习方法。特别是，可以在高级离散的动作空间中有效地学习多个代理的合作。同时，低水平的个人控制可以减少为单格强化学习。除了分层增强学习外，我们还建议对手建模网络在学习过程中对其他代理的政策进行建模。与端到端的DRL方法相反，我们的方法通过以层次结构将整体任务分解为子任务来降低学习的复杂性。为了评估我们的方法的效率，我们在合作车道变更方案中进行了现实世界中的案例研究。模拟和现实世界实验都表明我们的方法在碰撞速度和收敛速度中的优越性。

建模其他代理的行为对于了解代理商互动和提出有效决策至关重要。代理模型的现有方法通常假设在执行期间对所建模代理的本地观测和所选操作的知识。为了消除这种假设，我们使用编码器解码器体系结构从受控代理的本地信息中提取表示。在培训期间使用所建模代理的观测和动作，我们的模型学会仅在受控剂的局部观察中提取有关所建模代理的表示。这些陈述用于增加受控代理的决定政策，这些政策通过深度加强学习培训;因此，在执行期间，策略不需要访问其他代理商的信息。我们提供合作，竞争和混合多种子体环境中的全面评估和消融研究，表明我们的方法比不使用所学习表示的基线方法实现更高的回报。

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。

In multi-agent reinforcement learning (MARL), many popular methods, such as VDN and QMIX, are susceptible to a critical multi-agent pathology known as relative overgeneralization (RO), which arises when the optimal joint action's utility falls below that of a sub-optimal joint action in cooperative tasks. RO can cause the agents to get stuck into local optima or fail to solve tasks that require significant coordination between agents within a given timestep. Recent value-based MARL algorithms such as QPLEX and WQMIX can overcome RO to some extent. However, our experimental results show that they can still fail to solve cooperative tasks that exhibit strong RO. In this work, we propose a novel approach called curriculum learning for relative overgeneralization (CURO) to better overcome RO. To solve a target task that exhibits strong RO, in CURO, we first fine-tune the reward function of the target task to generate source tasks that are tailored to the current ability of the learning agent and train the agent on these source tasks first. Then, to effectively transfer the knowledge acquired in one task to the next, we use a novel transfer learning method that combines value function transfer with buffer transfer, which enables more efficient exploration in the target task. We demonstrate that, when applied to QMIX, CURO overcomes severe RO problem and significantly improves performance, yielding state-of-the-art results in a variety of cooperative multi-agent tasks, including the challenging StarCraft II micromanagement benchmarks.

多项式增强学习（MARL）最近的许多突破都需要使用深层神经网络，这对于人类专家来说是挑战性的解释和理解。另一方面，现有的关于可解释的强化学习（RL）的工作在从神经网络中提取更可解释的决策树政策方面显示了有望，但仅在单一机构设置中。为了填补这一空白，我们提出了第一组算法，这些算法从接受MARL训练的神经网络中提取可解释的决策策略。第一种算法IVIPER将Viper扩展到了单代代理可解释的RL的最新方法到多代理设置。我们证明，艾维尔（Iviper）学习每个代理商的高质量决策树政策。为了更好地捕捉代理之间的协调，我们提出了一种新型的集中决策树培训算法，Maviper。 Maviper通过使用其预期的树来预测其他代理的行为，并使用重新采样来集中精力，以重点放在对其与其他代理相互作用至关重要的状态上，从而共同生长了每个代理的树木。我们表明，这两种算法通常都优于基础线，而在三种不同的多代理粒子世界环境上，受过iviper训练的药物比iviper训练的药物获得了更好的协调性能。

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。

在现实设置中跨多个代理的决策同步是有问题的，因为它要求代理等待其他代理人终止和交流有关终止的终止。理想情况下，代理应该学习和执行异步。这样的异步方法还允许暂时扩展的动作，这些操作可能会根据执行的情况和操作花费不同的时间。不幸的是，当前的策略梯度方法不适用于异步设置，因为他们认为代理在每个时间步骤中都同步推理了动作选择。为了允许异步学习和决策，我们制定了一组异步的多代理参与者 - 批判性方法，这些方法使代理可以在三个标准培训范式中直接优化异步策略：分散的学习，集中学习，集中学习和集中培训以进行分解执行。各种现实域中的经验结果（在模拟和硬件中）证明了我们在大型多代理问题中的优势，并验证了我们算法在学习高质量和异步解决方案方面的有效性。

我们将记住和忘记的经验重播（Ref-ER）算法扩展到多代理增强学习（MARL）。参考器被证明超过了最先进的算法状态，以连续控制从OpenAI健身房到复杂的流体流动。在MARL中，代理之间的依赖项包括在州值估计器中，环境动力学是通过参考文献使用的重要性权重对其建模的。在协作环境中，当使用个人奖励估算值时，我们发现最佳性能，并且我们忽略了其他动作对过渡图的影响。我们基准在斯坦福大学智能系统实验室（SISL）环境中进行参考文献的性能。我们发现，采用单个馈送前馈神经网络来进行策略和参考文献中的价值函数，优于依靠复杂的神经网络体系结构的最先进的算法状态。