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A Bit of Freedom Goes a Long Way: Classical and Quantum Algorithms for Reinforcement Learning under a Generative Model

Created by
  • Haebom

作者

Andris Ambainis, Joao F. Doriguello, Debbie Lim

概要

本稿では、有限地平線と無限地平線平均補償マルコフ意思決定プロセス(MDP)のための新しい古典的および量子オンラインアルゴリズムを提案します。提案されたアルゴリズムは、エージェントが時々生成的なサンプリング方式(すなわち、「シミュレータ」に近づくことによって)で環境と自由に対話することができるハイブリッドナビゲーション - 生成強化学習(RL)モデルに基づいています。生成モデルの最適方針を近似するための従来の古典的アルゴリズムと新しい量子アルゴリズムを学習アルゴリズムに使用することで、「不確実性に対する楽観主義」や「事後サンプリング」などのRLの複数のパラダイムを回避し、最適方針を直接計算して使用することで、以前の研究より優れた後悔境界を得ることができます。有限地平線 MDP の場合、量子アルゴリズムは時間ステップ数 T に対数的にのみ依存する後悔境界を取得し、$O(\sqrt{T})$ 古典的な限界を克服します。これはGanguly et al。 (arXiv'23)とZhong et al。 (ICML'24)の以前の量子研究の時間依存性と一致していますが、状態空間サイズSや行動空間サイズAなどの他のパラメータへの依存性が改善されました。無限地平線 MDP の場合、古典的および量子境界は依然として $O(\sqrt{T})$ 依存性を維持しますが、より良い S および A 係数を持ちます。それにもかかわらず、量子アルゴリズムは、古典的アルゴリズムよりも指数関数的に優れた$\operatorname{poly}\log{T}$後悔を持つ無限地平線MDPの新しい後悔指標を提案します。最後に、すべての結果をコンパクトな状態空間に一般化します。

Takeaways、Limitations

Takeaways:
有限地平線MDPにおける$O(\sqrt{T})$ 古典的限界を克服する量子アルゴリズムを提示
既存の強化学習アルゴリズムのパラダイム(楽観主義、事後サンプリング)を避け、最適政策を直接計算し、後悔境界を改善。
無限地平線MDPの新しい後悔指標の提示と量子アルゴリズムの$\operatorname{poly}\log{T}$後悔を達成する。
結果をコンパクトな状態空間に一般化。
Limitations:
生成モデル(シミュレータ)へのアクセシビリティを前提としています。実際の環境での適用性に関するさらなる研究の必要性
量子アルゴリズムの実際の実施と性能評価に関するさらなる研究が必要
特定の問題設定に最適性を保証しない可能性があります。 (暗黙的Limitations)
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