We study the offline reinforcement learning (offline RL) problem, where the goal is to learn a reward-maximizing policy in an unknown Markov Decision Process (MDP) using the data coming from a policy $\mu$. In particular, we consider the sample complexity problems of offline RL for finite-horizon MDPs. Prior works study this problem based on different data-coverage assumptions, and their learning guarantees are expressed by the covering coefficients which lack the explicit characterization of system quantities. In this work, we analyze the Adaptive Pessimistic Value Iteration (APVI) algorithm and derive the suboptimality upper bound that nearly matches \[ O\left(\sum_{h=1}^H\sum_{s_h,a_h}d^{\pi^\star}_h(s_h,a_h)\sqrt{\frac{\mathrm{Var}_{P_{s_h,a_h}}{(V^\star_{h+1}+r_h)}}{d^\mu_h(s_h,a_h)}}\sqrt{\frac{1}{n}}\right). \] In complementary, we also prove a per-instance information-theoretical lower bound under the weak assumption that $d^\mu_h(s_h,a_h)>0$ if $d^{\pi^\star}_h(s_h,a_h)>0$. Different from the previous minimax lower bounds, the per-instance lower bound (via local minimaxity) is a much stronger criterion as it applies to individual instances separately. Here $\pi^\star$ is a optimal policy, $\mu$ is the behavior policy and $d_h^\mu$ is the marginal state-action probability. We call the above equation the intrinsic offline reinforcement learning bound since it directly implies all the existing optimal results: minimax rate under uniform data-coverage assumption, horizon-free setting, single policy concentrability, and the tight problem-dependent results. Later, we extend the result to the assumption-free regime (where we make no assumption on $ \mu$) and obtain the assumption-free intrinsic bound. Due to its generic form, we believe the intrinsic bound could help illuminate what makes a specific problem hard and reveal the fundamental challenges in offline RL.


翻译:我们研究离线强化学习( 离线 RL ) 问题, 目标就是使用来自 $\ mu$ 的政策数据, 在一个未知的 Markov 判定进程( MDP) 中学习奖励最大化政策。 特别是, 我们考虑离线 RL 的样本复杂性问题, 用于 限制- orizon MDP 。 先前的工作根据不同的数据覆盖假设来研究这一问题, 他们的学习保障表现在覆盖系数上, 缺乏对系统数量的清晰描述 。 在这项工作中, 我们分析了 适应性值强化算法( APVI) 的算法, 并且从 [\\ sum= h=1\ h=1\ summ; a\\ d\ h) max max max。 maxn_ max max max max mail_ max max mail_ mail_ max mail_ max mais the prial_ max max max max max max mais the max max a max max max max max max max max max max max max max max max max mas max max max max max max maxxxxxxxx max max max max max max maxx max max maxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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