A Performance Improvement Technique for Nash Q-learning using Macro-Actions

매크로 행동을 이용한 내시 Q-학습의 성능 향상 기법

A multi-agent system has a longer learning period and larger state-spaces than a sin91e agent system. In this paper, we suggest a new method to reduce the learning time of Nash Q-learning in a multi-agent environment. We apply Macro-actions to Nash Q-learning to improve the teaming speed. In the Nash Q-teaming scheme, when agents select actions, rewards are accumulated like Macro-actions. In the experiments, we compare Nash Q-learning using Macro-actions with general Nash Q-learning. First, we observed how many times the agents achieve their goals. The results of this experiment show that agents using Nash Q-learning and 4 Macro-actions have 9.46% better performance than Nash Q-learning using only 4 primitive actions. Second, when agents use Macro-actions, Q-values are accumulated 2.6 times more. Finally, agents using Macro-actions select less actions about 44%. As a result, agents select fewer actions and Macro-actions improve the Q-value's update. It the agents' learning speeds improve.

단일 에이전트 환경에서는 Q-학습의 학습 시간을 줄이기 위해서 학습결과를 전파시키거나 일렬의 행동을 패턴으로 만들어 학습한다. 다중 에이전트 환경에서는 동적인 환경과 다수의 에이전트 상태를 고려해야하기 때문에 학습에 필요한 시간이 단일 에이전트 환경보다 길어지게 된다. 이 논문에서는 단일 에이전트 환경에서 시간 단축을 위해서 유한개의 행동으로 정책을 만들어 학습하는 매크로 행동을 다중 에이전트 환경에 적합한 내시 Q-학습에 적용함으로써 다중 에이전트 환경에서 Q-학습 시간을 줄이고 성능을 높이는 방법을 제안한다. 실험에서는 다중 에이전트 환경에서 매크로 행동을 이용한 에이전트와 기본 행동만 이용한 에이전트의 내시 Q-학습 성능을 비교했다. 이 실험에서 네 개의 매크로 행동을 이용한 에이전트가 목표를 수행할 성공률이 기본 행동만 이용한 에이전트 보다 9.46% 높은 결과를 얻을 수 있었다. 매크로 행동은 기본 행동만을 이용해서 적합한 이동 행동을 찾아도 매크로 행동을 이용한 더 낳은 방법을 찾기 때문에 더 많은 Q-값의 변화가 발생되었고 전체 Q-값 합이 2.6배 높은 수치를 보였다. 마지막으로 매크로 행동을 이용한 에이전트는 약 절반의 행동 선택으로도 시작위치에서 목표위치까지 이동함을 보였다. 결국 에이전트는 다중 에이전트 환경에서 매크로 행동을 사용함으로써 성능을 향상시키고 목표위치까지 이동하는 거리를 단축해서 학습 속도를 향상시킨다.