マルチエージェント強化学習における時間・エージェント間の報酬再分配
Redistributing Rewards Across Time and Agents for Multi-Agent Reinforcement Learning
マルチエージェント強化学習の信用割り当て問題に対し、モデル精度に依存せず最適方策を保証する報酬再分配手法TAR²を提案し、SMACLiteやGRFで学習加速と性能向上を示した。
著者: Aditya Kapoor, Kale-ab Tessera, Mayank Baranwal, Harshad Khadilkar, Jan Peters, Stefano Albrecht, Mingfei Sun
分類: cs.MA, cs.AI, cs.LG, cs.RO
原文アブストラクト
Credit assignmen, disentangling each agent's contribution to a shared reward, is a critical challenge in cooperative multi-agent reinforcement learning (MARL). To be effective, credit assignment methods must preserve the environment's optimal policy. Some recent approaches attempt this by enforcing return equivalence, where the sum of distributed rewards must equal the team reward. However, their guarantees are conditional on a learned model's regression accuracy, making them unreliable in practice. We introduce Temporal-Agent Reward Redistribution (TAR$^2$), an approach that decouples credit modeling from this constraint. A neural network learns unnormalized contribution scores, while a separate, deterministic normalization step enforces return equivalence by construction. We demonstrate that this method is equivalent to a valid Potential-Based Reward Shaping (PBRS), which guarantees the optimal policy is preserved regardless of model accuracy. Empirically, on challenging SMACLite and Google Research Football (GRF) benchmarks, TAR$^2$ accelerates learning and achieves higher final performance than strong baselines. These results establish our method as an effective solution for the agent-temporal credit assignment problem.
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