合作匪徒问题越来越多地成为其在大规模决策中的应用。然而，对此问题的大多数研究专注于具有完美通信的环境，而在大多数现实世界分布式设置中，通信通常是随机网络，具有任意损坏和延迟。在本文中，我们在三个典型的真实沟通场景下研究了合作匪徒学习，即（a）通过随机时变网络的消息传递，（b）通过随机延迟的网络瞬时奖励共享（c ）通过对冲损坏的奖励来传递消息，包括拜占庭式沟通。对于每个环境中的每一个，我们提出了实现竞争性能的分散算法，以及在发生的群体后悔的近乎最佳保证。此外，在具有完美通信的环境中，我们提出了一种改进的延迟更新算法，其优于各种网络拓扑的现有最先进的算法。最后，我们在集团后悔呈现紧密的网络依赖性最低限度。我们所提出的算法很简单，以实现和获得竞争性的经验性能。

We consider the nonstochastic multi-agent multi-armed bandit problem with agents collaborating via a communication network with delays. We show a lower bound for individual regret of all agents. We show that with suitable regularizers and communication protocols, a collaborative multi-agent \emph{follow-the-regularized-leader} (FTRL) algorithm has an individual regret upper bound that matches the lower bound up to a constant factor when the number of arms is large enough relative to degrees of agents in the communication graph. We also show that an FTRL algorithm with a suitable regularizer is regret optimal with respect to the scaling with the edge-delay parameter. We present numerical experiments validating our theoretical results and demonstrate cases when our algorithms outperform previously proposed algorithms.

We study distributed contextual linear bandits with stochastic contexts, where $N$ agents act cooperatively to solve a linear bandit-optimization problem with $d$-dimensional features over the course of $T$ rounds. For this problem, we derive the first ever information-theoretic lower bound $\Omega(dN)$ on the communication cost of any algorithm that performs optimally in a regret minimization setup. We then propose a distributed batch elimination version of the LinUCB algorithm, DisBE-LUCB, where the agents share information among each other through a central server. We prove that the communication cost of DisBE-LUCB matches our lower bound up to logarithmic factors. In particular, for scenarios with known context distribution, the communication cost of DisBE-LUCB is only $\tilde{\mathcal{O}}(dN)$ and its regret is ${\tilde{\mathcal{O}}}(\sqrt{dNT})$, which is of the same order as that incurred by an optimal single-agent algorithm for $NT$ rounds. We also provide similar bounds for practical settings where the context distribution can only be estimated. Therefore, our proposed algorithm is nearly minimax optimal in terms of \emph{both regret and communication cost}. Finally, we propose DecBE-LUCB, a fully decentralized version of DisBE-LUCB, which operates without a central server, where agents share information with their \emph{immediate neighbors} through a carefully designed consensus procedure.

在古典语境匪徒问题中，在每轮$ t $，学习者观察一些上下文$ c $，选择一些动作$ i $执行，并收到一些奖励$ r_ {i，t}（c）$。我们考虑此问题的变体除了接收奖励$ r_ {i，t}（c）$之外，学习者还要学习其他一些上下文$的$ r_ {i，t}（c'）$的值C'$ in设置$ \ mathcal {o} _i（c）$;即，通过在不同的上下文下执行该行动来实现的奖励\ mathcal {o} _i（c）$。这种变体出现在若干战略设置中，例如学习如何在非真实的重复拍卖中出价，最热衷于随着许多平台转换为运行的第一价格拍卖。我们将此问题称为交叉学习的上下文匪徒问题。古典上下围匪徒问题的最佳算法达到$ \ tilde {o}（\ sqrt {ckt}）$遗憾针对所有固定策略，其中$ c $是上下文的数量，$ k $的行动数量和$ $次数。我们设计并分析了交叉学习的上下文匪徒问题的新算法，并表明他们的遗憾更好地依赖上下文的数量。在选择动作时学习所有上下文的奖励的完整交叉学习下，即设置$ \ mathcal {o} _i（c）$包含所有上下文，我们显示我们的算法实现后悔$ \ tilde {o}（ \ sqrt {kt}）$，删除$ c $的依赖。对于任何其他情况，即在部分交叉学习下，$ | \ mathcal {o} _i（c）| <c $ for $（i，c）$，遗憾界限取决于如何设置$ \ mathcal o_i（c）$影响上下文之间的交叉学习的程度。我们从Ad Exchange运行一流拍卖的广告交换中模拟了我们的真实拍卖数据的算法，并表明了它们优于传统的上下文强盗算法。

富达匪徒问题是$ k $的武器问题的变体，其中每个臂的奖励通过提供额外收益的富达奖励来增强，这取决于播放器如何对该臂进行“忠诚”在过去。我们提出了两种忠诚的模型。在忠诚点模型中，额外奖励的数量取决于手臂之前播放的次数。在订阅模型中，额外的奖励取决于手臂的连续绘制的当前数量。我们考虑随机和对抗问题。由于单臂策略在随机问题中并不总是最佳，因此对抗性环境中遗憾的概念需要仔细调整。我们介绍了三个可能的遗憾和调查，这可以是偏执的偏执。我们详细介绍了增加，减少和优惠券的特殊情况（玩家在手臂的每辆M $播放后获得额外的奖励）保真奖励。对于不一定享受载体遗憾的模型，我们提供了最糟糕的下限。对于那些展示Sublinear遗憾的模型，我们提供算法并绑定他们的遗憾。

我们通过反馈图来重新审视随机在线学习的问题，目的是设计最佳的算法，直至常数，无论是渐近还是有限的时间。我们表明，令人惊讶的是，在这种情况下，最佳有限时间遗憾的概念并不是一个唯一的定义属性，总的来说，它与渐近率是与渐近率分离的。我们讨论了替代选择，并提出了有限时间最优性的概念，我们认为是\ emph {有意义的}。对于这个概念，我们给出了一种算法，在有限的时间和渐近上都承认了准最佳的遗憾。

本文研究了多功能网络网络中分散的多武装强盗问题。当他们面对一套常见的M武器并分享每个ARM奖励的相同均值，问题是由N代理同时解决的。每个代理可以从其邻居接收信息，其中代理之间的邻居关系由其顶点代表代理的定向图描述，并且其定向边缘描绘了邻居关系。针对每个试剂提出了一种完全分散的多武装强盗算法，其曲折了经典共识算法和上置信算法（UCB）算法。结果表明，该算法保证了每个代理，以实现比邻居图强烈连接的经典UCB更好的对数渐近遗憾。如果邻居图无向，则可以进一步提高遗憾。

We study bandit model selection in stochastic environments. Our approach relies on a meta-algorithm that selects between candidate base algorithms. We develop a meta-algorithm-base algorithm abstraction that can work with general classes of base algorithms and different type of adversarial meta-algorithms. Our methods rely on a novel and generic smoothing transformation for bandit algorithms that permits us to obtain optimal $O(\sqrt{T})$ model selection guarantees for stochastic contextual bandit problems as long as the optimal base algorithm satisfies a high probability regret guarantee. We show through a lower bound that even when one of the base algorithms has $O(\log T)$ regret, in general it is impossible to get better than $\Omega(\sqrt{T})$ regret in model selection, even asymptotically. Using our techniques, we address model selection in a variety of problems such as misspecified linear contextual bandits, linear bandit with unknown dimension and reinforcement learning with unknown feature maps. Our algorithm requires the knowledge of the optimal base regret to adjust the meta-algorithm learning rate. We show that without such prior knowledge any meta-algorithm can suffer a regret larger than the optimal base regret.

我们通过可共享的手臂设置概括了多武器的多臂土匪（MP-MAB）问题，其中几场比赛可以共享同一臂。此外，每个可共享的组都有有限的奖励能力和“每载”奖励分配，这两者都是学习者所不知道的。可共享臂的奖励取决于负载，这是“每载”奖励乘以拉动手臂的戏剧数量或当比赛数量超过容量限制时的奖励能力。当“按负载”奖励遵循高斯分布时，我们证明了样本复杂性的下限，从负载依赖的奖励中学习容量，也遗憾的是这个新的MP-MAB问题的下限。我们设计了一个容量估计器，其样品复杂性上限在奖励手段和能力方面与下限匹配。我们还提出了一种在线学习算法来解决该问题并证明其遗憾的上限。这个遗憾的上界的第一任期与遗憾的下限相同，其第二和第三个术语显然也对应于下边界。广泛的实验验证了我们算法的性能以及其在5G和4G基站选择中的增长。

我们研究汤普森采样（TS）算法的遗憾，指数为家庭土匪，其中奖励分配来自一个一维指数式家庭，该家庭涵盖了许多常见的奖励分布，包括伯努利，高斯，伽玛，伽玛，指数等。我们建议汤普森采样算法，称为expts，它使用新颖的采样分布来避免估计最佳臂。我们为expts提供了严格的遗憾分析，同时产生有限的遗憾和渐近遗憾。特别是，对于带指数级家庭奖励的$ k $臂匪徒，expts of horizo​​n $ t $ sub-ucb（对于有限的时间遗憾的是问题依赖的有限时间标准） $ \ sqrt {\ log k} $，并且对于指数家庭奖励，渐近最佳。此外，我们通过在Expts中使用的采样分配外添加一个贪婪的剥削步骤，提出$^+$，以避免过度估计亚最佳武器。 expts $^+$是随时随地的强盗算法，可用于指数级的家庭奖励分布同时实现最小值和渐近最优性。我们的证明技术在概念上很简单，可以轻松地应用于用特定奖励分布分析标准的汤普森抽样。

通信瓶颈和数据隐私是联邦多武装强盗（MAB）问题中的两个至关重要的问题，例如通过无线连接车辆的决策和建议的情况。在本文中，我们在这些问题中设计了隐私保留的通信有效的算法，并在遗憾方面研究隐私，沟通和学习绩效之间的互动。具体而言，我们设计隐私保留的学习算法和通信协议，并在网络私人代理在主工作人员，分散和混合结构中进行在线强盗学习时，从而导出学习遗憾。我们的强盗学习算法基于每个代理和代理在每个时代结束时与服务器/彼此交换学习知识的庞大的子最优手臂。此外，我们采用差异隐私（DP）方法在交换信息时保护每个代理人的数据隐私;并且我们通过减少频繁的沟通与较少的代理商参与来缩短沟通成本。通过分析我们拟议的算法框架，在硕士劳动，分散和混合结构中的暗示框架，理论上显示了遗憾和沟通成本/隐私之间的权衡。最后，我们经验展示了与我们理论分析一致的这些权衡。

We consider distributed linear bandits where $M$ agents learn collaboratively to minimize the overall cumulative regret incurred by all agents. Information exchange is facilitated by a central server, and both the uplink and downlink communications are carried over channels with fixed capacity, which limits the amount of information that can be transmitted in each use of the channels. We investigate the regret-communication trade-off by (i) establishing information-theoretic lower bounds on the required communications (in terms of bits) for achieving a sublinear regret order; (ii) developing an efficient algorithm that achieves the minimum sublinear regret order offered by centralized learning using the minimum order of communications dictated by the information-theoretic lower bounds. For sparse linear bandits, we show a variant of the proposed algorithm offers better regret-communication trade-off by leveraging the sparsity of the problem.

由于信息不对称，多智能经纪增强学习（Marl）问题是挑战。为了克服这一挑战，现有方法通常需要代理商之间的高度协调或沟通。我们考虑具有在应用中产生的分层信息结构的两个代理多武装匪徒（MAB）和MARKOV决策过程（MDP），我们利用不需要协调或通信的更简单和更高效的算法。在结构中，在每个步骤中，“领导者”首先选择她的行动，然后“追随者”在观察领导者的行动后，“追随者”决定他的行动。这两个代理观察了相同的奖励（以及MDP设置中的相同状态转换），这取决于其联合行动。对于强盗设置，我们提出了一种分层匪盗算法，实现了$ \ widetilde {\ mathcal {o}}（\ sqrt {abt}）$和近最佳差距依赖的近乎最佳的差距遗憾$ \ mathcal {o}（\ log（t））$，其中$ a $和$ b $分别是领导者和追随者的行动数，$ t $是步数。我们进一步延伸到多个追随者的情况，并且具有深层层次结构的情况，在那里我们都获得了近乎最佳的遗憾范围。对于MDP设置，我们获得$ \ widetilde {\ mathcal {o}}（\ sqrt {h ^ 7s ^ 2abt}）$后悔，其中$ h $是每集的步骤数，$ s $是数量各国，$ T $是剧集的数量。这与$ a，b $和$ t $的现有下限匹配。

最近，提出了经典多军强盗的多代理变体来解决在线学习中的公平问题。受社会选择和经济学方面的长期工作的启发，目标是优化NASH的社会福利，而不是全面的效用。不幸的是，就回合$ t $的数量而言，以前的算法要么不是有效的，要么实现次级遗憾。我们提出了一种新的有效算法，其遗憾也比以前效率低下的算法要低。对于$ n $ agents，$ k $ ands和$ t $ rounds，我们的方法遗憾的是$ \ tilde {o}（\ sqrt {nkt} + nk）$。这是对先前方法的改进，后者对$ \ tilde {o}（\ min（nk，\ sqrt {n} k^{3/2}）\ sqrt {t}）$的遗憾。我们还使用$ \ tilde {o}（\ sqrt {kt} + n^2k）$遗憾的方法来补充有效算法。实验发现证实了与先前方法相比，我们有效算法的有效性。

我们考虑腐烂奖励的无限多臂匪徒问题，其中手臂的平均奖励是根据任意趋势在每次拉动的手臂上减小的，最大腐烂速率$ \ varrho = o（1）$。我们表明，这个学习问题具有$ \ omega（\ max \ {\ varrho^{1/3} t，\ sqrt {t} \}）$ worst-case遗憾的遗憾下降下降，其中$ t $是$ t $。我们表明，匹配的上限$ \ tilde {o}（\ max \ {\ varrho^{1/3} t，\ sqrt {t} \}）$，最多可以通过多元素来实现当算法知道最大腐烂速率$ \ varrho $时，一种使用UCB索引的算法，该算法使用UCB索引和一个阈值来决定是否继续拉动手臂或从进一步考虑中移除手臂。我们还表明，$ \ tilde {o}（\ max \ {\ varrho^{1/3} t，t^{3/4} \}）$遗憾的上限可以通过不知道的算法来实现$ \ varrho $的值通过使用自适应UCB索引以及自适应阈值值。

我们考虑使用$ K $臂的随机匪徒问题，每一个都与$ [m，m] $范围内支持的有限分布相关。我们不认为$ [m，m] $是已知的范围，并表明学习此范围有成本。确实，出现了与分销相关和无分配后悔界限之间的新权衡，这阻止了同时实现典型的$ \ ln t $和$ \ sqrt {t} $ bunds。例如，仅当与分布相关的遗憾界限至少属于$ \ sqrt {t} $的顺序时，才能实现$ \ sqrt {t} $}无分布遗憾。我们展示了一项策略，以实现新的权衡表明的遗憾。

我们研究了$ k $武装的决斗匪徒问题，这是传统的多武器匪徒问题的一种变体，其中以成对比较的形式获得了反馈。以前的学习算法专注于$ \ textit {完全自适应} $设置，在每次比较后，算法可以进行更新。 “批处理”决斗匪徒问题是由Web搜索排名和推荐系统等大规模应用程序激励的，在这种应用程序中执行顺序更新可能是不可行的。在这项工作中，我们要问：$ \ textit {是否只使用几个自适应回合有解决方案，该回合与$ k $ armed的决斗匪徒的最佳顺序算法的渐近后悔界限？} $？ \ textit {在condorcet条件下} $，这是$ k $武装的决斗匪徒问题的标准设置。我们获得$ O（k^2 \ log^2（k）） + O（k \ log（t））$的渐近遗憾地平线。我们的遗憾界限几乎与在Condorcet条件下完全顺序环境中已知的最佳后悔界限相匹配。最后，在各种现实世界数据集的计算实验中，我们观察到使用$ o（\ log（t））$ rounds的算法与完全顺序的算法（使用$ t $ rounds）的性能几乎相同。

我们在合作在线学习环境中研究反馈与沟通之间的相互作用，在该环境中，代理网络解决了一项任务，其中学习者的反馈由任意图确定。我们表征了反馈图和通信网络之间强产品的独立性数量的遗憾。我们的分析恢复为特殊情况，许多先前已知的界限用于与专家或强盗反馈分布式在线学习的界限。我们的结果的更详细版本还捕获了遗憾对信息遍历每个图所花费的延迟的依赖性。在合成数据上运行的实验表明，我们算法的经验行为与理论结果一致。

我们考虑随机多武装强盗（MAB）问题，延迟影响了行动。在我们的环境中，过去采取的行动在随后的未来影响了ARM奖励。在现实世界中，行动的这种延迟影响是普遍的。例如，为某个社会群体中的人员偿还贷款的能力可能历史上历史上批准贷款申请的频率频率。如果银行将贷款申请拒绝拒绝弱势群体，则可以创建反馈循环，进一步损害该群体中获取贷款的机会。在本文中，我们制定了在多武装匪徒的背景下的行动延迟和长期影响。由于在学习期间，我们将强盗设置概括为对这种“偏置”的依赖性进行编码。目标是随着时间的推移最大化收集的公用事业，同时考虑到历史行动延迟影响所产生的动态。我们提出了一种算法，实现了$ \ tilde {\ mathcal {o}}的遗憾，并显示$ \ omega（kt ^ {2/3}）$的匹配遗憾下限，其中$ k $是武器数量，$ t $是学习地平线。我们的结果通过添加技术来补充强盗文献，以处理具有长期影响的行动，并对设计公平算法有影响。

在本文中，我们研究了汤普森采样（TS）方法的应用到随机组合多臂匪徒（CMAB）框架中。当所有基本臂的结果分布都是独立的，并获得$ o（m \ log k _ {\ max} \ log t / \ delta_时，我们首先分析一般CMAB模型的标准TS算法。 {\ min}）$，其中$ m $是基本武器的数量，$ k _ {\ max} $是最大的超级臂的大小，$ t $是时间范围，而$ \ delta _ {\ min} $是最佳解决方案的预期奖励与任何非最佳解决方案之间的最小差距。这种遗憾的上限比$ o（m（\ log k _ {\ max}）^2 \ log t / \ delta _ {\ min}）$更好。此外，我们的新颖分析技术可以帮助收紧其他基于UCB的政策（例如ESC）的遗憾界限，因为我们改善了计算累积遗憾的方法。然后，我们考虑Matroid Bandit设置（CMAB模型的特殊类别），在这里我们可以删除跨武器的独立性假设，并实现与下限匹配的遗憾上限。除了遗憾的上限外，我们还指出，一个人不能直接替换确切的离线甲骨文（将离线问题实例的参数作为输入，并在此实例下输出确切的最佳操作），用TS算法中的近似oracle替换了ts算法的近似值。甚至经典的mAb问题。最后，我们使用一些实验来显示TS遗憾与其他现有算法之间的比较，实验结果表明TS优于现有基准。