HELSA: Hierarchical Reinforcement Learning with Spatiotemporal Abstraction for Large-Scale Multi-Agent Path Finding

强化学习 计算机科学 抽象 效率低下 启发式 机器人 路径(计算) 人工智能 分布式计算 时差学习 控制器(灌溉) 数学优化 数学 经济 微观经济学 哲学 程序设计语言 认识论 生物 农学
作者
Zhaoyi Song,Rongqing Zhang,Xiang Cheng
标识
DOI:10.1109/iros55552.2023.10342261
摘要

The Multi-Agent Path Finding (MAPF) problem is a critical challenge in dynamic multi-robot systems. Recent studies have revealed that multi-agent reinforcement learning (MARL) is a promising approach to solving MAPF problems in a fully decentralized manner. However, as the size of the multi-robot system increases, sample inefficiency becomes a major impediment to learning-based methods. This paper presents a hierarchical reinforcement learning (HRL) framework for large-scale multi-agent path finding, featuring applying spatial and temporal abstraction to capture intermediate reward and thus encourage efficient exploration. Specifically, we introduce a meta controller that partitions the map into interconnected regions and optimizes agents' region-wise paths towards globally better solutions. Additionally, we design a lower-level controller that efficiently solves each sub-problem by incorporating heuristic guidance and an inter-agent communication mechanism with RL-based policies. Our empirical results on test instances of various scales demonstrate that our method outperforms existing approaches in terms of both success rate and makespan.
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