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异构AAV物流任务分配:强化学习增强的重叠联盟形成博弈方法

文章摘要

该论文提出一种强化学习增强的重叠联盟形成博弈方法,用于解决动态城市物流中异构自主飞行器(AAV)面对随机出现的时效性任务时的任务分配最优性问题。方法利用基于Transformer的软演员-评论家网络学习策略以指导联盟更新,并证明该过程构成精确势博弈,保证收敛到纳什稳定均衡。仿真显示在32架AAV和80个任务场景下,相比启发式OCF基线成本降低39.76%,室内飞行实验验证了实用性。

来源arXiv Robotics作者: Yuze Zhou, Jingliang Sun, Junzhi Li, Jianxin Zhong, Zihan Wang, Teng Long
异构AAV物流任务分配:强化学习增强的重叠联盟形成博弈方法
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在动态城市物流场景中,时效性任务往往随机出现,这给异构自主飞行器(AAV)的物流任务分配带来了显著的最优性挑战。针对这一问题,一篇题为《异构AAV物流任务分配:强化学习增强的重叠联盟形成博弈方法》的论文提出了相应解决方案。该论文于2026年5月26日提交至arXiv,属于机器人学(cs.RO)领域,编号为arXiv:2605.26471v1,共12页,由Yuze Zhou等六位作者合作完成,Junzhi Li为提交人。

论文首先建立了一个动态任务分配模型。在该模型中,全局最优性通过一种广义物流成本进行数学量化,而这一成本指标同时耦合了服务质量与资源消耗两个维度。换言之,算法在评估任务分配方案时,既要考虑服务水平,也要权衡资源投入,从而在二者之间寻求平衡。这一建模方式为后续的算法设计奠定了优化目标基础。

为了应对随机订单到达所导致的时变任务集合,研究团队设计了一个基于Transformer的软演员-评论家(soft actor-critic)网络。该网络利用多头自注意力机制对变长物流状态进行编码,并捕捉任务之间的时空依赖关系。通过学习得到的策略,算法能够自适应地引导联盟更新,从而取代重叠联盟形成博弈中原本依赖的启发式规则。在此基础上,异构AAV能够针对动态物流任务组成更高效的重叠联盟。

论文在理论层面也给出了重要保证:所得到的联盟形成过程被证明构成一个精确势博弈(exact potential game),这确保了该过程能够在有限次迭代内收敛到纳什稳定均衡。这一性质为算法的可靠性提供了数学支撑,使其不只是一个启发式方法,而是具有收敛性保证的机制。

数值仿真结果表明,在广义物流成本准则下,所提出的算法有效提升了任务分配的最优性。在包含32架AAV和80个任务的场景中,与启发式重叠联盟形成(OCF)基线相比,该算法实现了39.76%的成本降低,改善幅度相当可观。此外,研究团队还开展了室内飞行实验,进一步验证了该方法的实际可行性。

综合来看,这项工作将强化学习与重叠联盟形成博弈相结合,既在建模上统一了服务质量与资源消耗,又在算法上以学习策略替代启发式规则,并通过势博弈理论保证了收敛性,最后以仿真和实飞实验双重验证了效果,为动态城市物流中的异构AAV协同任务分配提供了一条兼具理论严谨性与工程实用性的技术路径。

展开要点与分析

文章情报

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要点

  • 提出强化学习增强的重叠联盟形成博弈方法,以Transformer-SAC网络替代启发式规则指导联盟更新。
  • 建立动态任务分配模型,用耦合服务质量和资源消耗的广义物流成本量化全局最优性。
  • 证明联盟形成过程为精确势博弈,可在有限迭代内收敛到纳什稳定均衡。
  • 32架AAV和80个任务场景下成本降低39.76%,室内飞行实验验证实用性。

要点与分析由自动化流程生成,可能有误,请结合原始来源核实。

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