PEnGUiN: サンプル効率の高いマルチエージェント強化学習のための部分的同変グラフニューラルネットワーク
PEnGUiN: Partially Equivariant Graph NeUral Networks for Sample Efficient MARL
実環境に存在する非対称性に対応するため、部分的な同変性を扱えるグラフニューラルネットワークPEnGUiNを提案し、非対称なマルチエージェント強化学習タスクで従来手法より優れることを示した。
著者: Joshua McClellan, Greyson Brothers, Furong Huang, Pratap Tokekar
分類: cs.LG, cs.AI, cs.RO
原文アブストラクト
Equivariant Graph Neural Networks (EGNNs) have emerged as a promising approach in Multi-Agent Reinforcement Learning (MARL), leveraging symmetry guarantees to greatly improve sample efficiency and generalization. However, real-world environments often exhibit inherent asymmetries arising from factors such as external forces, measurement inaccuracies, or intrinsic system biases. This paper introduces \textit{Partially Equivariant Graph NeUral Networks (PEnGUiN)}, a novel architecture specifically designed to address these challenges. We formally identify and categorize various types of partial equivariance relevant to MARL, including subgroup equivariance, feature-wise equivariance, regional equivariance, and approximate equivariance. We theoretically demonstrate that PEnGUiN is capable of learning both fully equivariant (EGNN) and non-equivariant (GNN) representations within a unified framework. Through extensive experiments on a range of MARL problems incorporating various asymmetries, we empirically validate the efficacy of PEnGUiN. Our results consistently demonstrate that PEnGUiN outperforms both EGNNs and standard GNNs in asymmetric environments, highlighting their potential to improve the robustness and applicability of graph-based MARL algorithms in real-world scenarios.
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