Hidden Coalitions in Multi-Agent AI: A Spectral Diagnostic from Internal Representations

Cameron Berg, Susan L. Schneider, Mark M. Bailey

arXiv:2605.06696 · 2026-05-11 공개 · arXiv · PDF

reinforcement-learning language-models ai-safety hidden-states mutual-information internal-representations multi-agent-ai spectral-partitioning

Abstract

Collections of interacting AI agents can form coalitions, creating emergent group-level organization that is critical for AI safety and alignment. However, observing agent behavior alone is often insufficient to distinguish genuine informational coupling from spurious similarity, as consequential coalitions may form at the level of internal representations before any overt behavioral change is apparent. Here, we introduce a practical method for detecting coalition structure from the internal neural representations of multi-agent systems. The approach constructs a pairwise mutual-information graph from the hidden states of agents and applies spectral partitioning to identify the most salient coalition boundary. We validate this method in two domains. First, in multi-agent reinforcement learning environments, the method successfully recovers programmed hierarchical and dynamic coalition structures and correctly rejects false positives arising from behavioral coordination without informational coupling. Second, using a large language model, the method identifies coalition structures implied by descriptive prompts, tracks dynamic team reassignments, and reveals a representational hierarchy where explicit labels dominate over conflicting interaction patterns. Across both settings, the recovered partition reveals subgroup organization that a scalar cross-agent mutual-information measure cannot distinguish. The results demonstrate that analyzing hidden-state mutual information through spectral partitioning provides a scalable diagnostic for identifying representational coalitions, offering a valuable tool for monitoring emergent structure in distributed AI systems.

한국어 요약

📋 한 줄 요약

**[AI 안전 · 멀티 에이전트]** 다중 에이전트의 은닉 상태로부터 상호정보량 그래프를 만들고 스펙트럴 분할로 표현적 연합(coalition) 구조를 탐지하는 진단법을 제안해, MARL과 LLM에서 행동만으로는 보이지 않는 그룹 구조를 복원했다.

🎯 핵심 기여도

💡 핵심 아이디어

에이전트들이 결탁해 행동하기 전, 내부 표현 단계에서 정보적 결합이 먼저 형성된다. 행동 관찰만으로는 진짜 정보적 결합과 우연한 행동 유사성을 구분할 수 없으므로, 은닉 상태들 사이의 상호정보량을 그래프로 구성하고 스펙트럴 분할을 적용해 표현적 연합을 직접 본다.

🔬 기술적 접근법

📊 주요 결과

💭 의의 및 한계

**의의**: AI 안전·정렬에서 가시적 행동 이전의 잠재적 결탁을 진단할 수 있는 확장 가능한 도구를 제공한다. **한계**: 은닉 상태 접근이 가능한 시스템에 한정되며, 블랙박스 외부 API 환경이나 비협조적 에이전트의 모니터링 적용은 제한될 수 있다.

🚀 실용적 활용