In this paper, we consider nonlinear optimization problems with a stochastic objective and deterministic equality constraints. We propose a Trust-Region Stochastic Sequential Quadratic Programming (TR-SSQP) method and establish its high-probability iteration complexity bounds for identifying first- and second-order $\epsilon$-stationary points. In our algorithm, we assume that exact objective values, gradients, and Hessians are not directly accessible but can be estimated via zeroth-, first-, and second-order probabilistic oracles. Compared to existing complexity studies of SSQP methods that rely on a zeroth-order oracle with sub-exponential tail noise (i.e., light-tailed) and focus mostly on first-order stationarity, our analysis accommodates irreducible and heavy-tailed noise in the zeroth-order oracle and significantly extends the analysis to second-order stationarity. We show that under heavy-tailed noise conditions, our SSQP method achieves the same high-probability first-order iteration complexity bounds as in the light-tailed noise setting, while further exhibiting promising second-order iteration complexity bounds. Specifically, the method identifies a first-order $\epsilon$-stationary point in $\mathcal{O}(\epsilon^{-2})$ iterations and a second-order $\epsilon$-stationary point in $\mathcal{O}(\epsilon^{-3})$ iterations with high probability, provided that $\epsilon$ is lower bounded by a constant determined by the irreducible noise level in estimation. We validate our theoretical findings and evaluate the practical performance of our method on CUTEst benchmark test set.


翻译:本文研究了具有随机目标函数和确定性等式约束的非线性优化问题。我们提出了一种信任域随机序列二次规划方法,并建立了该方法识别一阶和二阶$\epsilon$-平稳点的高概率迭代复杂度界。在我们的算法中,假设无法直接获取精确的目标函数值、梯度和Hessian矩阵,但可以通过零阶、一阶和二阶概率预言机进行估计。与现有依赖具有次指数尾噪声(即轻尾)的零阶预言机且主要关注一阶平稳性的SSQP方法复杂度研究相比,我们的分析兼容了零阶预言机中不可约且重尾的噪声,并将分析显著扩展至二阶平稳性。我们证明,在重尾噪声条件下,我们的SSQP方法实现了与轻尾噪声设置相同的高概率一阶迭代复杂度界,同时进一步展现出有前景的二阶迭代复杂度界。具体而言,只要$\epsilon$不低于由估计中不可约噪声水平决定的常数,该方法以高概率在$\mathcal{O}(\epsilon^{-2})$次迭代内识别一阶$\epsilon$-平稳点,在$\mathcal{O}(\epsilon^{-3})$次迭代内识别二阶$\epsilon$-平稳点。我们在CUTEst基准测试集上验证了理论发现并评估了方法的实际性能。

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
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12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
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
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
Arxiv
19+阅读 · 2018年3月28日
VIP会员
相关资讯
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
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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员