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【資料圖】

來(lái)源標(biāo)題：新研究提升人工智能決策算法適用性

近日，由北京大學(xué)人工智能研究院、工學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院和倫敦國(guó)王學(xué)院共同完成的論文——《大規(guī)模多智能體系統(tǒng)的高效強(qiáng)化學(xué)習(xí)》在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·機(jī)器智能》上發(fā)表。這一成果首次在大規(guī)模多智能體系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高效去中心化協(xié)同決策，有利于提升人工智能決策算法的擴(kuò)展性和適用性。

多智能體系統(tǒng)主要以龐大的智能體交互數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用大量計(jì)算資源驅(qū)動(dòng)每個(gè)智能體學(xué)習(xí)如何與其他智能體合作執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)，其核心范式是多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)。

“比如一個(gè)無(wú)人機(jī)編隊(duì)，每架無(wú)人機(jī)都由人工智能控制，我們把每架飛機(jī)的控制器叫作智能體，這個(gè)無(wú)人機(jī)編隊(duì)由多個(gè)智能體構(gòu)成，就是一個(gè)多智能體系統(tǒng)。”論文第一作者、北京大學(xué)人工智能研究院博士生馬成棟解釋。

馬成棟說(shuō)，在真實(shí)大規(guī)模系統(tǒng)中，各個(gè)控制單位之間、控制單位與環(huán)境之間的交互成本往往非常高昂。這些系統(tǒng)中經(jīng)常存在客觀通信限制，如通信距離太遠(yuǎn)、全局通信有隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)、通信能耗限制等。控制單位之間難以實(shí)現(xiàn)全局信息交換，阻礙了人工智能決策算法在大規(guī)模系統(tǒng)中的擴(kuò)展和應(yīng)用。

當(dāng)前，去中心化的多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)成為國(guó)際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，其旨在探索一種算法，即在有限數(shù)據(jù)和資源條件下，將決策能力擴(kuò)展到包含大量智能體的復(fù)雜真實(shí)系統(tǒng)中。

馬成棟說(shuō)，去中心化的多智能體強(qiáng)化學(xué)習(xí)，以不依賴全局信息的方式讓每個(gè)智能體實(shí)現(xiàn)高效去中心化協(xié)同決策，展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

論文通訊作者、北京大學(xué)人工智能研究院助理教授楊耀東介紹，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)解耦系統(tǒng)的全局動(dòng)態(tài)特性，使智能體能獨(dú)立學(xué)習(xí)局部狀態(tài)轉(zhuǎn)移、鄰域信息價(jià)值和去中心化策略，將復(fù)雜的大規(guī)模決策難題轉(zhuǎn)化為更容易求解的問(wèn)題。得益于此，即使在樣本數(shù)據(jù)和信息交互受限的情況下，大型人工智能系統(tǒng)也能展現(xiàn)令人滿意的決策性能。

研究團(tuán)隊(duì)在較為復(fù)雜的城市交通和電力網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)包含數(shù)百個(gè)智能體的場(chǎng)景進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示，與中心化多智能體學(xué)習(xí)方法相比，去中心化的方法可將信息交換成本降低70%或更多。而且，隨著智能體數(shù)量不斷增長(zhǎng)，這一比例還會(huì)顯著下降。同時(shí)，樣本效率可提升50%以上。

“這一研究成果對(duì)于將人工智能模型擴(kuò)展到大型電力網(wǎng)絡(luò)、城市交通信號(hào)控制等大規(guī)模多智能體系統(tǒng)具有重要價(jià)值。”馬成棟舉例說(shuō)，在大型電網(wǎng)系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)之間信息交換和傳輸過(guò)于頻繁，難免會(huì)產(chǎn)生干擾。某些節(jié)點(diǎn)一旦發(fā)生故障，就會(huì)嚴(yán)重影響其他節(jié)點(diǎn)的性能。去中心化可以降低這一風(fēng)險(xiǎn)，提高電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。