Continuous coordination as a realistic scenario for lifelong learning

Abstract

Les algorithmes actuels d'apprentissage profond par renforcement (RL) sont encore très spécifiques à leur tâche et n'ont pas la capacité de généraliser à de nouveaux environnements. L'apprentissage tout au long de la vie (LLL), cependant, vise à résoudre plusieurs tâches de manière séquentielle en transférant et en utilisant efficacement les connaissances entre les tâches. Malgré un regain d'intérêt pour le RL tout au long de la vie ces dernières années, l'absence d'un banc de test réaliste rend difficile une évaluation robuste des algorithmes d'apprentissage tout au long de la vie. Le RL multi-agents (MARL), d'autre part, peut être considérée comme un scénario naturel pour le RL tout au long de la vie en raison de sa non-stationnarité inhérente, puisque les politiques des agents changent avec le temps. Dans cette thèse, nous présentons un banc de test multi-agents d'apprentissage tout au long de la vie qui prend en charge un paramétrage à la fois zéro et quelques-coups. Notre configuration est basée sur Hanabi - un jeu multi-agents partiellement observable et entièrement coopératif qui s'est avéré difficile pour la coordination zéro coup. Son vaste espace stratégique en fait un environnement souhaitable pour les tâches RL tout au long de la vie. Nous évaluons plusieurs méthodes MARL récentes et comparons des algorithmes d'apprentissage tout au long de la vie de pointe dans des régimes de mémoire et de calcul limités pour faire la lumière sur leurs forces et leurs faiblesses. Ce paradigme d'apprentissage continu nous fournit également une manière pragmatique d'aller au-delà de la formation centralisée qui est le protocole de formation le plus couramment utilisé dans MARL. Nous montrons empiriquement que les agents entraînés dans notre environnement sont capables de bien se coordonner avec des agents inconnus, sans aucune hypothèse supplémentaire faite par des travaux précédents. Mots-clés: le RL multi-agents, l'apprentissage tout au long de la vie.

Current deep reinforcement learning (RL) algorithms are still highly task-specific and lack the ability to generalize to new environments. Lifelong learning (LLL), however, aims at solving multiple tasks sequentially by efficiently transferring and using knowledge between tasks. Despite a surge of interest in lifelong RL in recent years, the lack of a realistic testbed makes robust evaluation of lifelong learning algorithms difficult. Multi-agent RL (MARL), on the other hand, can be seen as a natural scenario for lifelong RL due to its inherent non-stationarity, since the agents' policies change over time. In this thesis, we introduce a multi-agent lifelong learning testbed that supports both zero-shot and few-shot settings. Our setup is based on Hanabi --- a partially-observable, fully cooperative multi-agent game that has been shown to be challenging for zero-shot coordination. Its large strategy space makes it a desirable environment for lifelong RL tasks. We evaluate several recent MARL methods, and benchmark state-of-the-art lifelong learning algorithms in limited memory and computation regimes to shed light on their strengths and weaknesses. This continual learning paradigm also provides us with a pragmatic way of going beyond centralized training which is the most commonly used training protocol in MARL. We empirically show that the agents trained in our setup are able to coordinate well with unknown agents, without any additional assumptions made by previous works. Key words: multi-agent reinforcement learning, lifelong learning.