on-policy

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AI 解读 由 AI 自动生成,仅供参考

on-policy 是“多智能体近端策略优化”(MAPPO)算法的官方开源实现,旨在解决复杂环境下多个智能体协同决策的难题。作为经典 PPO 算法在多智能体领域的变体,它通过共享策略网络等机制,显著提升了智能体在协作任务中的训练效率与最终性能,复现了论文《The Surprising Effectiveness of PPO in Cooperative Multi-Agent Games》中的核心成果。

该工具主要面向人工智能研究人员、算法工程师及多智能体强化学习开发者。它内置了对 StarCraft II (SMAC/SMACv2)、Hanabi、多智能体粒子环境 (MPE) 以及谷歌研究足球 (GRF) 等主流基准测试环境的完整支持,帮助用户快速搭建实验场景。on-policy 的独特亮点在于其提供了经过严格验证的训练脚本与超参数配置,有效解决了社区中因参数描述模糊导致的结果复现困难问题。代码结构清晰,模块化设计了环境封装、算法核心与运行流程,并针对关键训练因素(如滚动线程、回合长度等)给出了详细建议,是探索合作型多智能体博弈的高效开发底座。

使用场景

某自动驾驶研发团队正在利用多智能体强化学习训练车队在复杂路口的协同通行策略,以解决无信号灯路口的拥堵问题。

没有 on-policy 时

  • 团队需从零复现论文算法,因超参数描述模糊(如 rollout 线程数、PPO epoch 等),导致模型难以收敛或性能远低于预期。
  • 缺乏针对 StarCraftII (SMAC) 或 Google Football 等主流基准环境的标准化封装,开发人员需耗费大量时间编写环境交互代码。
  • 多智能体间策略共享机制实现困难,容易出现各车辆“各自为战”而非协同配合的情况,无法验证合作博弈的有效性。
  • 调试过程极其耗时,由于缺少官方提供的训练脚本和基线曲线,难以判断是代码错误还是参数设置不当导致训练失败。

使用 on-policy 后

  • 直接调用官方提供的 MAPPO 实现及经过验证的超参数配置,迅速在仿真环境中复现出论文级别的协同效果。
  • 利用内置的 SMAC、MPE 及 Google Football 等环境包装器,无需重复造轮子,即可将车队逻辑快速迁移至标准测试床。
  • 默认启用全局共享策略网络,天然支持多车协同决策,显著提升了车队在无信号灯路口的通行效率和安全性。
  • 借助官方更新的训练脚本和详细附录指导,快速定位并修正了早期实验中的参数偏差,大幅缩短了研发迭代周期。

on-policy 通过提供经过严格验证的多智能体 PPO 官方实现,让研发团队从繁琐的算法复现中解放出来,专注于核心策略的创新与落地。

运行环境要求

操作系统
  • Linux
GPU

非必需(支持非 GPU 运行),若使用 GPU 需 NVIDIA 显卡,示例环境为 CUDA 10.1,具体版本取决于用户安装的 PyTorch

内存

未说明

依赖
notes1. 默认假设所有智能体共享同一策略网络。2. 针对不同环境(StarCraftII, Hanabi, MPE, GRF)有额外的安装步骤:StarCraftII 需手动下载游戏客户端和地图文件;Hanabi 需要编译 C++ 代码;MPE 需安装 seaborn;GRF 需参考其官方仓库安装。3. 强烈建议在运行前检查超参数(如 rollout threads, episode length 等),作者提供了针对各场景的脚本以避免复现问题。4. 可视化默认使用 Weights & Biases,也可通过参数切换为 Tensorboard。
python3.6.1
torch==1.5.1+cu101
torchvision==0.6.1+cu101
cffi
seaborn
Weights & Biases (可选)
Tensorboard (可选)
on-policy hero image

快速开始

MAPPO

新更新!!!我们现在支持 SMAC V2 了~

Chao Yu*、Akash Velu*、Eugene Vinitsky、Jiaxuan Gao、Yu Wang、Alexandre Bayen 和 Yi Wu。

本仓库实现了 MAPPO,即 PPO 的多智能体变体。该实现被用于论文《PPO 在合作型多智能体游戏中的惊人有效性》(https://arxiv.org/abs/2103.01955)。本仓库大量基于 https://github.com/ikostrikov/pytorch-a2c-ppo-acktr-gail。我们同时也公开了离策略版本的代码库,欢迎大家尝试。[离策略链接](https://github.com/marlbenchmark/off-policy)

所有超参数和训练曲线均在附录中列出。强烈建议在运行代码之前仔细核对关键因素,例如 rollout 线程数、每集长度、PPO epoch 数、小批量大小、clip 项等。此外,我们在附录中更新了 Google Football 测试平台上的最新结果,以及关于每集长度和参数共享的建议,欢迎查阅。

我们最近注意到许多论文未能正确复现 MAPPO 的结果,这很可能是由于超参数描述不够详细所致。我们已在 /train/train_xxx_scripts/*.sh 中为每个地图或场景更新了训练脚本,欢迎大家尝试。

支持的环境:

1. 使用方法

警告:默认情况下,所有实验都假设所有智能体共享同一策略,即只有一个神经网络供所有智能体使用。

核心代码位于 onpolicy 文件夹内。algorithms/ 子文件夹包含针对 MAPPO 的算法特定代码。

  • envs/ 子文件夹包含 MPEs、SMAC 和 Hanabi 的环境封装实现。
  • 用于执行训练 rollout 和策略更新的代码位于 runner/ 文件夹中——每个环境都有一个对应的 runner。
  • 使用默认超参数进行训练的可执行脚本位于 scripts/ 文件夹中。文件名格式为 train_algo_environment.sh。在每个文件中,可以修改地图名称(对于 SMAC 和 MPEs)。
  • 每个环境的 Python 训练脚本位于 scripts/train/ 文件夹中。
  • config.py 文件包含相关的超参数和环境设置。大多数超参数已设置为论文中使用的值;不过,请参阅附录以获取完整的超参数列表。

2. 安装

以下是在 CUDA == 10.1 上的安装示例。对于非 GPU 及其他 CUDA 版本的安装,请参考 PyTorch 官网。需要注意的是,本仓库并不依赖于特定的 CUDA 版本,用户可以根据自己的电脑选择合适的 CUDA 版本。

# 创建 conda 环境
conda create -n marl python==3.6.1
conda activate marl
pip install torch==1.5.1+cu101 torchvision==0.6.1+cu101 -f https://download.pytorch.org/whl/torch_stable.html
# 安装 on-policy 包
cd on-policy
pip install -e .

尽管我们提供了 requirement.txt 文件,但其中可能存在冗余。建议用户在运行代码时,根据实际需要自行安装缺失的包。

2.1 StarCraftII 4.10

unzip SC2.4.10.zip
# 密码是 iagreetotheeula
echo "export SC2PATH=~/StarCraftII/" >> ~/.bashrc

对于 SMAC v2,请参考 https://github.com/oxwhirl/smacv2.git。请确保您的 SMAC_Maps 文件夹中包含 32x32_flat.SC2Map 地图文件。

2.2 Hanabi

Hanabi 的环境代码基于开源环境代码开发,但经过轻微修改以适配此处使用的算法。 安装步骤如下:

pip install cffi
cd envs/hanabi
mkdir build & cd build
cmake ..
make -j

Hanabi 的所有模型均可在此处下载:models

2.3 MPE

# 首先安装此包
pip install seaborn

MPE 中包含 3 种合作场景:

  • simple_spread
  • simple_speaker_listener,即论文中的“Comm”场景
  • simple_reference

2.4 GRF

请参阅 football 仓库以安装足球环境。

3. 训练

以下以 train_mpe.sh 为例:

cd onpolicy/scripts
chmod +x ./train_mpe.sh
./train_mpe.sh

本地结果将存储在 scripts/results 子文件夹中。请注意,我们默认使用 Weights & Biases 作为可视化平台;若要使用 Weights & Biases,需先注册并登录该平台。更多关于 Weights & Biases 的使用说明可在其官方文档中找到:文档。如果在命令行或 .sh 文件中添加 --use_wandb 参数,则会使用 TensorBoard 而不是 Weights & Biases。

我们还提供了 ./eval_hanabi_forward.sh,用于评估 Hanabi 在 10 万次试验中的得分。

4. 引用

如果您觉得本仓库有用,请引用我们的论文(https://arxiv.org/abs/2103.01955):

@inproceedings{
yu2022the,
title={The Surprising Effectiveness of {PPO} in Cooperative Multi-Agent Games},
author={Chao Yu and Akash Velu and Eugene Vinitsky and Jiaxuan Gao and Yu Wang and Alexandre Bayen and Yi Wu},
booktitle={Thirty-sixth Conference on Neural Information Processing Systems Datasets and Benchmarks Track},
year={2022}
}

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