In this paper, we study a class of stochastic bilevel optimization problems, also known as stochastic simple bilevel optimization, where we minimize a smooth stochastic objective function over the optimal solution set of another stochastic convex optimization problem. We introduce novel stochastic bilevel optimization methods that locally approximate the solution set of the lower-level problem via a stochastic cutting plane, and then run a conditional gradient update with variance reduction techniques to control the error induced by using stochastic gradients. For the case that the upper-level function is convex, our method requires $\tilde{\mathcal{O}}(\max\{1/\epsilon_f^{2},1/\epsilon_g^{2}\}) $ stochastic oracle queries to obtain a solution that is $\epsilon_f$-optimal for the upper-level and $\epsilon_g$-optimal for the lower-level. This guarantee improves the previous best-known complexity of $\mathcal{O}(\max\{1/\epsilon_f^{4},1/\epsilon_g^{4}\})$. Moreover, for the case that the upper-level function is non-convex, our method requires at most $\tilde{\mathcal{O}}(\max\{1/\epsilon_f^{3},1/\epsilon_g^{3}\}) $ stochastic oracle queries to find an $(\epsilon_f, \epsilon_g)$-stationary point. In the finite-sum setting, we show that the number of stochastic oracle calls required by our method are $\tilde{\mathcal{O}}(\sqrt{n}/\epsilon)$ and $\tilde{\mathcal{O}}(\sqrt{n}/\epsilon^{2})$ for the convex and non-convex settings, respectively, where $\epsilon=\min \{\epsilon_f,\epsilon_g\}$.


翻译:本文研究一类随机双层优化问题,也称为随机简单双层优化,其目标是在另一个随机凸优化问题的最优解集上最小化一个光滑随机目标函数。我们提出了一种新颖的随机双层优化方法,该方法通过随机切割平面局部逼近下层问题的解集,然后采用结合方差缩减技术的条件梯度更新来控制使用随机梯度所引入的误差。对于上层函数为凸的情形,我们的方法需要 $\tilde{\mathcal{O}}(\max\{1/\epsilon_f^{2},1/\epsilon_g^{2}\}) $ 次随机 oracle 查询,即可得到上层 $\epsilon_f$-最优且下层 $\epsilon_g$-最优的解。这一结果改进了先前已知的最优复杂度 $\mathcal{O}(\max\{1/\epsilon_f^{4},1/\epsilon_g^{4}\})$。此外,对于上层函数非凸的情形,我们的方法最多需要 $\tilde{\mathcal{O}}(\max\{1/\epsilon_f^{3},1/\epsilon_g^{3}\}) $ 次随机 oracle 查询即可找到 $(\epsilon_f, \epsilon_g)$-稳定点。在有限和设定下,我们证明该方法所需的随机 oracle 调用次数在凸和非凸情形下分别为 $\tilde{\mathcal{O}}(\sqrt{n}/\epsilon)$ 和 $\tilde{\mathcal{O}}(\sqrt{n}/\epsilon^{2})$,其中 $\epsilon=\min \{\epsilon_f,\epsilon_g\}$。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
19+阅读 · 2018年3月28日
VIP会员
最新内容
《基于强化学习的自动化红队测试》
专知会员服务
3+阅读 · 7月23日
伊朗不对称防空战略的演进
专知会员服务
4+阅读 · 7月23日
对抗环境下超视距目标打击的情报支援
专知会员服务
10+阅读 · 7月22日
《无人机对海面作战影响评估》
专知会员服务
15+阅读 · 7月21日
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
7+阅读 · 7月20日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员