In the field of security, multi-objective security games (MOSGs) allow defenders to simultaneously protect targets from multiple heterogeneous attackers. MOSGs aim to simultaneously maximize all the heterogeneous payoffs, e.g., life, money, and crime rate, without merging heterogeneous attackers. In real-world scenarios, the number of heterogeneous attackers and targets to be protected may exceed the capability of most existing state-of-the-art methods, i.e., MOSGs are limited by the issue of scalability. To this end, this paper proposes a general framework called SDES based on many-objective evolutionary search to scale up MOSGs to large-scale targets and heterogeneous attackers. SDES consists of four consecutive key components, i.e., discretization, optimization, restoration and evaluation, and refinement. Specifically, SDES first discretizes the originally high-dimensional continuous solution space to the low-dimensional discrete one by the maximal indifference property in game theory. This property helps evolutionary algorithms (EAs) bypass the high-dimensional step function and ensure a well-convergent Pareto front. Then, a many-objective EA is used for optimization in the low-dimensional discrete solution space to obtain a well-spaced Pareto front. To evaluate solutions, SDES restores solutions back to the original space via bit-wisely optimizing a novel solution divergence. Finally, the refinement in SDES boosts the optimization performance with acceptable cost. Theoretically, we prove the optimization consistency and convergence of SDES. Experiment results show that SDES is the first linear-time MOSG algorithm for both large-scale attackers and targets. SDES is able to solve up to 20 attackers and 100 targets MOSG problems, while the state-of-the-art methods can only solve up to 8 attackers and 25 targets ones. Ablation study verifies the necessity of all components in SDES.


翻译:在安全领域,多目标安全博弈(MOSG)使得防御者能够同时保护来自多个异质攻击者的目标。MOSG旨在同时最大化所有异质收益,例如生命、金钱和犯罪率,而不合并异质攻击者。在现实场景中,异质攻击者和需要保护的目标数量可能超出大多数现有最先进的方法的能力范围,即MOSG受可扩展性问题的限制。为此,本文提出了一种称为 SDES 的通用框架,它基于多目标进化搜索,通过空间离散来将MOSG扩展到大规模目标和异质攻击者。SDES由四个连续的关键组成部分构成:离散化、优化、还原和评估以及细化。具体来说,SDES首先通过博弈论中的最大冷漠性质将原始的高维连续解空间划分为低维离散解空间。这种性质有助于进化算法(EAs)绕过高维阶跃函数,确保良好收敛的Pareto前沿。然后,利用多目标EA 在低维离散解空间中进行优化,以获得良好的 Pareto 前沿。 为了评估解决方案, SDES 通过按位优化新的解决方案差异来将解决方案恢复到原始空间。最后,通过可接受的成本进行的优化可以提高 SDES 的优化性能。从理论上讲,我们证明了 SDES 的优化一致性和收敛性。实验结果表明,SDES是第一个线性时间的MOSG算法,适用于大规模攻击者和目标。SDES能够解决多达20个攻击者和100个目标的MOSG问题,而现有的最先进方法只能解决多达8个攻击者和25个目标的问题。消融研究验证了SDES所有组成部分的必要性。

0
下载
关闭预览

相关内容

【UIUC博士论文】高效多智能体深度强化学习,130页pdf
专知会员服务
70+阅读 · 2023年1月14日
【伯克利博士论文】学习跨领域的可迁移表示
专知会员服务
46+阅读 · 2022年8月17日
专知会员服务
16+阅读 · 2021年8月4日
【CVPR2020】用多样性最大化克服单样本NAS中的多模型遗忘
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
23+阅读 · 2018年10月1日
VIP会员
相关VIP内容
【UIUC博士论文】高效多智能体深度强化学习,130页pdf
专知会员服务
70+阅读 · 2023年1月14日
【伯克利博士论文】学习跨领域的可迁移表示
专知会员服务
46+阅读 · 2022年8月17日
专知会员服务
16+阅读 · 2021年8月4日
【CVPR2020】用多样性最大化克服单样本NAS中的多模型遗忘
相关资讯
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】深度学习目标检测概览
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月1日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员