J 2013

Approximating the termination value of one-counter MDPs and stochastic games

BRÁZDIL, Tomáš; Václav BROŽEK; Kousha ETESSAMI a Antonín KUČERA

Základní údaje

Originální název

Approximating the termination value of one-counter MDPs and stochastic games

Název česky

Aproximace hodnoty terminování pro jednočítačové rozhodovací procesy a stochastické hry

Vydání

Information and Computation, Netherlands, Elsevier Science, 2013, 0890-5401

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10201 Computer sciences, information science, bioinformatics

Stát vydavatele

Nizozemské království

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Impakt faktor

Impact factor: 0.604

Označené pro přenos do RIV

Ano

Kód RIV

RIV/00216224:14330/13:00065955

Organizační jednotka

Fakulta informatiky

Klíčová slova anglicky

Markov decision processes; one-counter automata

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 16. 4. 2014 16:21, RNDr. Pavel Šmerk, Ph.D.

Anotace

V originále

One-counter MDPs (OC-MDPs) and one-counter simple stochastic games (OC-SSGs) are 1-player, and 2-player turn-based zero-sum, stochastic games played on the transition graph of classic one-counter automata (equivalently, pushdown automata with a 1-letter stack alphabet). A key objective for the analysis and verification of these games is the termination objective, where the players aim to maximize (minimize, respectively) the probability of hitting counter value 0, starting at a given control state and given counter value. Recently, we studied qualitative decision problems ("is the optimal termination value equal to 1?") for OC-MDPs (and OC-SSGs) and showed them to be decidable in polynomial time (in NP intersection coNP, respectively). However, quantitative decision and approximation problems ("is the optimal termination value at least p", or "approximate the termination value within epsilon") are far more challenging. This is so in part because optimal strategies may not exist, and because even when they do exist they can have a highly non-trivial structure. It thus remained open even whether any of these quantitative termination problems are computable. In this paper we show that all quantitative approximation problems for the termination value for OC-MDPs and OC-SSGs are computable. Specifically, given an OC-SSG, and given epsilon>0, we can compute a value v that approximates the value of the OC-SSG termination game within additive error epsilon, and furthermore we can compute epsilon-optimal strategies for both players in the game. A key ingredient in our proofs is a subtle martingale, derived from solving certain linear programs that we can associate with a maximizing OC-MDP. An application of Azuma's inequality on these martingales yields a computable bound for the "wealth" at which a "rich person's strategy" becomes epsilon-optimal for OC-MDPs.

Návaznosti

GAP202/10/1469, projekt VaV
Název: Formální metody pro analýzu a verifikaci komplexních systémů
Investor: Grantová agentura ČR, Formální metody pro analýzu a verifikaci komplexních systémů
1M0545, projekt VaV
Název: Institut Teoretické Informatiky
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Institut Teoretické Informatiky

Přiložené soubory