部分モジュラーマルチエージェントポリシー学習によるオープンマルチエージェントシステムにおけるオンライン分散タスク割り当て
Submodular Multi-Agent Policy Learning for Online Distributed Task Allocation in Open Multi-Agent Systems
本論文は、部分モジュラーなチーム効用を持つマルチエージェント強化学習を用いて、オンライン分散タスク割り当て問題を解決する。カテゴリカルポリシーと整合する新しい連続緩和法(PME)を導入し、SubMAPGという集中学習・分散実行のポリシー勾配法を提案する。
著者: Jing Liu, Yangyang Yang, Luca Ballotta, Fangfei Li, Yang Tang, Ruggero Carli
分類: eess.SY
原文アブストラクト
This paper studies multi-agent reinforcement learning with submodular team utilities for online distributed task allocation. In this setting, each agent selects one action from a local categorical policy, so feasible joint actions form a partition matroid over agent-action pairs. Classical multilinear extensions use independent Bernoulli sampling and therefore do not match the categorical policies executed by decentralized agents. To address this mismatch, we introduce the Partition Multilinear Extension (PME), a continuous relaxation whose value equals the expected team utility under factorized categorical policies. We prove that submodular difference rewards provide unbiased PME marginal-gradient information and yield a stagewise score-function policy-gradient estimator. Based on this connection, we propose SubMAPG, a centralized-training decentralized-execution policy-gradient framework with masked categorical policies and submodular difference-reward training signals. For the associated PME marginal-space projected stochastic-gradient dynamics, we prove a stagewise 1/2-approximation guarantee and sublinear dynamic regret in slowly varying environments, measured by the path length of the optimal PME marginals. To handle open systems with time-varying agents and targets, we instantiate SubMAPG with graph neural network policies. Experiments on multi-robot coverage and multi-target tracking show that SubMAPG outperforms local greedy and shared-reward baselines and is competitive with centralized myopic greedy strategies.
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