The field of Offline Reinforcement Learning (RL) aims to derive effective policies from pre-collected datasets without active environment interaction. While traditional offline RL algorithms like Conservative Q-Learning (CQL) and Implicit Q-Learning (IQL) have shown promise, they often face challenges in balancing exploration and exploitation, especially in environments with varying reward densities. The recently proposed Decision Transformer (DT) approach, which reframes offline RL as a sequence modelling problem, has demonstrated impressive results across various benchmarks. This paper presents a comparative study evaluating the performance of DT against traditional offline RL algorithms in dense and sparse reward settings for the ANT continous control environment. Our research investigates how these algorithms perform when faced with different reward structures, examining their ability to learn effective policies and generalize across varying levels of feedback. Through empirical analysis in the ANT environment, we found that DTs showed less sensitivity to varying reward density compared to other methods and particularly excelled with medium-expert datasets in sparse reward scenarios. In contrast, traditional value-based methods like IQL showed improved performance in dense reward settings with high-quality data, while CQL offered balanced performance across different data qualities. Additionally, DTs exhibited lower variance in performance but required significantly more computational resources compared to traditional approaches. These findings suggest that sequence modelling approaches may be more suitable for scenarios with uncertain reward structures or mixed-quality data, while value-based methods remain competitive in settings with dense rewards and high-quality demonstrations.


翻译:离线强化学习领域旨在从预先收集的数据集中推导出有效策略,而无需与环境进行主动交互。尽管传统的离线强化学习算法,如保守Q学习(CQL)和隐式Q学习(IQL),已展现出潜力,但它们通常在平衡探索与利用方面面临挑战,尤其是在奖励密度变化的环境中。最近提出的决策Transformer(DT)方法将离线强化学习重新定义为序列建模问题,并在多个基准测试中展示了令人印象深刻的结果。本文通过比较研究,评估了DT与传统离线强化学习算法在ANT连续控制环境中密集和稀疏奖励设置下的性能。我们的研究探讨了这些算法在面对不同奖励结构时的表现,检验了它们学习有效策略的能力以及在不同反馈水平下的泛化性能。通过在ANT环境中的实证分析,我们发现DT相较于其他方法对奖励密度变化的敏感性较低,尤其在稀疏奖励场景中,使用中等专家数据集时表现尤为突出。相比之下,基于价值的方法如IQL在高质量数据的密集奖励设置中表现出改进的性能,而CQL在不同数据质量下均提供了平衡的性能。此外,DT在性能上表现出较低的方差,但与传统方法相比需要显著更多的计算资源。这些发现表明,序列建模方法可能更适合奖励结构不确定或数据质量混合的场景,而基于价值的方法在密集奖励和高质量演示的设置中仍具有竞争力。

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