We study bilevel optimization problems where the lower-level problems are strongly convex and have coupled linear constraints. To overcome the potential non-smoothness of the hyper-objective and the computational challenges associated with the Hessian matrix, we utilize penalty and augmented Lagrangian methods to reformulate the original problem as a single-level one. Especially, we establish a strong theoretical connection between the reformulated function and the original hyper-objective by characterizing the closeness of their values and derivatives. Based on this reformulation, we propose a single-loop, first-order algorithm for linearly constrained bilevel optimization (SFLCB). We provide rigorous analyses of its non-asymptotic convergence rates, showing an improvement over prior double-loop algorithms -- form $O(\epsilon^{-3}\log(\epsilon^{-1}))$ to $O(\epsilon^{-3})$. The experiments corroborate our theoretical findings and demonstrate the practical efficiency of the proposed SFLCB algorithm. Simulation code is provided at https://github.com/ShenGroup/SFLCB.


翻译:本文研究一类下层问题为强凸且具有耦合线性约束的双层优化问题。为克服超目标函数可能的非光滑性及海森矩阵相关的计算难题,我们采用罚函数法与增广拉格朗日方法将原问题重构为单层优化问题。特别地,通过刻画重构函数与原始超目标函数在函数值及导数层面的逼近程度,我们建立了二者间的强理论关联。基于此重构框架,我们提出了一种用于线性约束双层优化的单循环一阶算法(SFLCB)。我们对其非渐近收敛速率进行了严格分析,证明其收敛阶从现有双循环算法的$O(\\epsilon^{-3}\\log(\\epsilon^{-1}))$提升至$O(\\epsilon^{-3})$。实验验证了理论结论,并证明了所提SFLCB算法的实际效率。仿真代码发布于 https://github.com/ShenGroup/SFLCB。

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
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
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
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
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
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
VIP会员
相关资讯
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
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
相关基金
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员