Q-learning, which seeks to learn the optimal Q-function of a Markov decision process (MDP) in a model-free fashion, lies at the heart of reinforcement learning. When it comes to the synchronous setting (such that independent samples for all state-action pairs are drawn from a generative model in each iteration), substantial progress has been made towards understanding the sample efficiency of Q-learning. Consider a $\gamma$-discounted infinite-horizon MDP with state space $\mathcal{S}$ and action space $\mathcal{A}$: to yield an entrywise $\varepsilon$-approximation of the optimal Q-function, state-of-the-art theory for Q-learning requires a sample size exceeding the order of $\frac{|\mathcal{S}||\mathcal{A}|}{(1-\gamma)^5\varepsilon^{2}}$, which fails to match existing minimax lower bounds. This gives rise to natural questions: what is the sharp sample complexity of Q-learning? Is Q-learning provably sub-optimal? This paper addresses these questions for the synchronous setting: (1) when $|\mathcal{A}|=1$ (so that Q-learning reduces to TD learning), we prove that the sample complexity of TD learning is minimax optimal and scales as $\frac{|\mathcal{S}|}{(1-\gamma)^3\varepsilon^2}$ (up to log factor); (2) when $|\mathcal{A}|\geq 2$, we settle the sample complexity of Q-learning to be on the order of $\frac{|\mathcal{S}||\mathcal{A}|}{(1-\gamma)^4\varepsilon^2}$ (up to log factor). Our theory unveils the strict sub-optimality of Q-learning when $|\mathcal{A}|\geq 2$, and rigorizes the negative impact of over-estimation in Q-learning. Finally, we extend our analysis to accommodate asynchronous Q-learning (i.e., the case with Markovian samples), sharpening the horizon dependency of its sample complexity to be $\frac{1}{(1-\gamma)^4}$.


翻译:Q- 学习, 试图以不使用模型的方式学习 Markov 决策进程( MDP) 的最佳Q 功能 { MIDP ), 是强化学习的核心 。 当到同步的设置( 所有州- 行动配对的独立样本都是从每个迭代的基因化模型中提取的), 在理解 Q 学习的样本效率方面已经取得了显著的进展。 考虑一个 $\ gamma$ 折扣 的无限偏差 MIDP, 州空间 $\ mathal=2 s} 和 行动空间 $\ mathal{ Q} : 产生一个输入源 $\ valepslal3 美元, 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州- 州

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
专知会员服务
16+阅读 · 2020年12月4日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
107+阅读 · 2020年5月15日
深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
177+阅读 · 2020年2月1日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
57+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
171+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
100+阅读 · 2019年10月9日
强化学习扫盲贴:从Q-learning到DQN
夕小瑶的卖萌屋
52+阅读 · 2019年10月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
动物脑的好奇心和强化学习的好奇心
CreateAMind
10+阅读 · 2019年1月26日
RL 真经
CreateAMind
5+阅读 · 2018年12月28日
Reinforcement Learning: An Introduction 2018第二版 500页
CreateAMind
11+阅读 · 2018年4月27日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Arxiv
11+阅读 · 2020年12月2日
VIP会员
相关VIP内容
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
专知会员服务
16+阅读 · 2020年12月4日
Fariz Darari简明《博弈论Game Theory》介绍,35页ppt
专知会员服务
107+阅读 · 2020年5月15日
深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
177+阅读 · 2020年2月1日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
57+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
171+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
100+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
强化学习扫盲贴:从Q-learning到DQN
夕小瑶的卖萌屋
52+阅读 · 2019年10月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
动物脑的好奇心和强化学习的好奇心
CreateAMind
10+阅读 · 2019年1月26日
RL 真经
CreateAMind
5+阅读 · 2018年12月28日
Reinforcement Learning: An Introduction 2018第二版 500页
CreateAMind
11+阅读 · 2018年4月27日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员