LEARNING TO SCHEDULE COMMUNICATION IN MULTI-AGENT REINFORCEMENT LEARNING

SchedNet是一种用于多智能体深度强化学习的框架,解决在有限通信带宽和共享通信介质环境下,智能体如何自我调度、编码消息和根据接收到的信息选择行动的问题。通过学习每个代理部分观察信息的重要性,SchedNet决定哪些代理有权广播信息。在合作通信和导航以及捕食者-猎物的应用中,SchedNet相对于其他机制(如无通信和简单调度)表现出显著的性能优势。
ABSTRACT

Many real-world reinforcement learning tasks require multiple agents to make se- quential decisions under the agents’ interaction, where well-coordinated actions among the agents are crucial to achieve the target goal better at these tasks. One way to accelerate the coordination effect is to enable multiple agents to communi- cate with each other in a distributed manner and behave as a group. In this paper, we study a practical scenario when (i) the communication bandwidth is limited and (ii) the agents share the communication medium so that only a restricted num- ber of agents are able to simultaneously use the medium, as in the state-of-the-art wireless networking standards. This calls for a certain form of communication scheduling. In that re

### 平均场多智能体强化学习简介 平均场多智能体强化学习(Mean Field Multi-Agent Reinforcement Learning, MFMARL)是一种处理大规模多智能体系统的有效框架。当涉及大量相互作用的个体时,传统的方法难以应对计算复杂性和维度灾难的问题。MFMARL通过引入平均场理论简化了这一挑战。 #### 基本概念 在该领域内,研究者们利用统计物理中的平均场近似方法来描述群体行为模式。具体来说,不是单独考虑每一个agent与其他所有agents之间的互动关系,而是假设存在一个连续分布表示整个种群的状态特征,并以此为基础构建决策机制[^1]。 对于每个独立行动者的最优策略而言,它不仅依赖于当前所处的具体情境,还受到整体背景的影响——即所谓的“宏观环境”。这种设定允许算法专注于局部信息而忽略掉不必要的细节干扰项,从而大大降低了问题难度并提高了收敛速度。 #### 方法论特点 - **状态空间压缩**:借助概率密度函数刻画大数量级下参与者集合的整体特性; - **动态平衡建模**:采用微分方程组表达随时间演化的趋势规律; - **分布式更新规则**:支持异步通信方式下的参数调整过程; ```python import numpy as np def mean_field_update(state_distribution, reward_function, transition_matrix): """ Perform one step update using Mean Field Theory. Parameters: state_distribution (np.array): Current distribution over states. reward_function (callable): Function mapping from state to expected immediate rewards. transition_matrix (np.ndarray): Matrix describing transitions between states. Returns: tuple: Updated state distribution and average reward. """ avg_reward = np.sum(reward_function * state_distribution) next_state_dist = np.dot(transition_matrix.T, state_distribution) return next_state_dist, avg_reward ``` 此代码片段展示了如何基于给定的状态转移矩阵和即时奖励函数执行一次迭代更新操作。这里的关键在于维护一个反映全局态势的概率向量`state_distribution`,并通过线性变换预测未来的演变方向。 #### 应用实例 实际应用场景广泛存在于交通流量管理、金融市场分析以及社交网络效应模拟等方面: - **智慧城市建设**:优化公共交通调度方案,减少拥堵现象发生频率; - **经济政策评估**:仿真不同调控措施对企业投资和个人消费倾向产生的长远影响; - **游戏AI开发**:创建更加逼真的人工对手角色,提升用户体验的真实感与趣味性。
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