パズルを解くように:オフライン協調強化学習のための局所から大域への世界モデル
Puzzle it Out: Local-to-Global World Model for Offline Multi-Agent Reinforcement Learning
マルチエージェント系の局所予測から大域状態を推定する世界モデルを構築し、不確実性を考慮した合成データでオフライン強化学習の汎化性能を高める手法を提案。
著者: Sijia Li, Xinran Li, Shibo Chen, Jun Zhang
分類: cs.AI, cs.GT, cs.LG
原文アブストラクト
Offline multi-agent reinforcement learning (MARL) aims to solve cooperative decision-making problems in multi-agent systems using pre-collected datasets. Existing offline MARL methods primarily constrain training within the dataset distribution, resulting in overly conservative policies that struggle to generalize beyond the support of the data. While model-based approaches offer a promising solution by expanding the original dataset with synthetic data generated from a learned world model, the high dimensionality, non-stationarity, and complexity of multi-agent systems make it challenging to accurately estimate the transitions and reward functions in offline MARL. Given the difficulty of directly modeling joint dynamics, we propose a local-to-global (LOGO) world model, a novel framework that leverages local predictions-which are easier to estimate-to infer global state dynamics, thus improving prediction accuracy while implicitly capturing agent-wise dependencies. Using the trained world model, we generate synthetic data to augment the original dataset, expanding the effective state-action space. To ensure reliable policy learning, we further introduce an uncertainty-aware sampling mechanism that adaptively weights synthetic data by prediction uncertainty, reducing approximation error propagation to policies. In contrast to conventional ensemble-based methods, our approach requires only an additional encoder for uncertainty estimation, significantly reducing computational overhead while maintaining accuracy. Extensive experiments across 8 scenarios against 8 baselines demonstrate that our method surpasses state-of-the-art baselines on standard offline MARL benchmarks, establishing a new model-based baseline for generalizable offline multi-agent learning.
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