Many classical problems in theoretical computer science involve norm, even if implicitly; for example, both XOS functions and downward-closed sets are equivalent to some norms. The last decade has seen a lot of interest in designing algorithms beyond the standard $\ell_p$ norms $\|\cdot \|_p$. Despite notable advancements, many existing methods remain tailored to specific problems, leaving a broader applicability to general norms less understood. This paper investigates the intrinsic properties of $\ell_p$ norms that facilitate their widespread use and seeks to abstract these qualities to a more general setting. We identify supermodularity -- often reserved for combinatorial set functions and characterized by monotone gradients -- as a defining feature beneficial for $ \|\cdot\|_p^p$. We introduce the notion of $p$-supermodularity for norms, asserting that a norm is $p$-supermodular if its $p^{th}$ power function exhibits supermodularity. The association of supermodularity with norms offers a new lens through which to view and construct algorithms. Our work demonstrates that for a large class of problems $p$-supermodularity is a sufficient criterion for developing good algorithms. This is either by reframing existing algorithms for problems like Online Load-Balancing and Bandits with Knapsacks through a supermodular lens, or by introducing novel analyses for problems such as Online Covering, Online Packing, and Stochastic Probing. Moreover, we prove that every symmetric norm can be approximated by a $p$-supermodular norm. Together, these recover and extend several results from the literature, and support $p$-supermodularity as a unified theoretical framework for optimization challenges centered around norm-related problems.


翻译:理论计算机科学中的许多经典问题都涉及范数,即使这种关联是隐式的;例如,XOS函数和向下封闭集都等价于某些范数。过去十年间,针对标准$\ell_p$范数$\|\cdot \|_p$之外的算法设计引起了广泛关注。尽管取得了显著进展,许多现有方法仍局限于特定问题,对于一般范数的更广泛适用性仍缺乏深入理解。本文研究了$\ell_p$范数得以广泛应用的内在特性,并尝试将这些特性抽象到更一般的设定中。我们发现超模性——这一通常用于组合集函数并由单调梯度刻画的特性——是$\|\cdot\|_p^p$所具有的一个有益特征。我们为范数引入了$p$-超模性的概念,主张一个范数是$p$-超模的,当其$p$次幂函数表现出超模性。超模性与范数的关联为理解和构建算法提供了新的视角。我们的研究表明,对于一大类问题,$p$-超模性是设计良好算法的充分准则。这既可以通过超模视角重构现有算法(如在线负载均衡和背包赌博机问题),也可以通过引入新颖分析来处理在线覆盖、在线包装和随机探测等问题。此外,我们证明了任何对称范数都可以用一个$p$-超模范数来逼近。这些结果共同恢复并扩展了文献中的若干结论,并支持将$p$-超模性作为围绕范数相关问题的优化挑战的统一理论框架。

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
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+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
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
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
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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2024年5月28日
Arxiv
43+阅读 · 2024年1月25日
Arxiv
15+阅读 · 2023年4月24日
Arxiv
103+阅读 · 2021年6月8日
Arxiv
49+阅读 · 2021年5月9日
VIP会员
最新内容
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
伊朗战争停火期间美军关键弹药状况分析
专知会员服务
8+阅读 · 4月22日
电子战革命:塑造战场的十年突破(2015–2025)
人工智能即服务与未来战争(印度视角)
专知会员服务
3+阅读 · 4月22日
《美国战争部2027财年军事人员预算》
专知会员服务
2+阅读 · 4月22日
伊朗战争中的电子战
专知会员服务
5+阅读 · 4月22日
大语言模型平台在国防情报应用中的对比
专知会员服务
9+阅读 · 4月22日
相关资讯
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
Arxiv
14+阅读 · 2024年5月28日
Arxiv
43+阅读 · 2024年1月25日
Arxiv
15+阅读 · 2023年4月24日
Arxiv
103+阅读 · 2021年6月8日
Arxiv
49+阅读 · 2021年5月9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
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
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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员