We initiate the study of risk-sensitive online algorithms, in which risk measures are used in the competitive analysis of randomized online algorithms. We introduce the CVaR$_\delta$-competitive ratio ($\delta$-CR) using the conditional value-at-risk of an algorithm's cost, which measures the expectation of the $(1-\delta)$-fraction of worst outcomes against the offline optimal cost, and use this measure to study three online optimization problems: continuous-time ski rental, discrete-time ski rental, and one-max search. The structure of the optimal $\delta$-CR and algorithm varies significantly between problems: we prove that the optimal $\delta$-CR for continuous-time ski rental is $2-2^{-\Theta(\frac{1}{1-\delta})}$, obtained by an algorithm described by a delay differential equation. In contrast, in discrete-time ski rental with buying cost $B$, there is an abrupt phase transition at $\delta = 1 - \Theta(\frac{1}{\log B})$, after which the classic deterministic strategy is optimal. Similarly, one-max search exhibits a phase transition at $\delta = \frac{1}{2}$, after which the classic deterministic strategy is optimal; we also obtain an algorithm that is asymptotically optimal as $\delta \downarrow 0$ that arises as the solution to a delay differential equation.


翻译:我们首次系统研究了风险敏感在线算法,该算法在随机在线算法的竞争分析中引入风险度量。我们利用算法成本的条件风险价值(CVaR)定义CVaR$_\delta$-竞争比($\delta$-CR),该指标衡量最差结果中$(1-\delta)$部分期望值与离线最优成本的比值,并以此研究三个在线优化问题:连续时间滑雪租赁、离散时间滑雪租赁和单峰搜索。不同问题的最优$\delta$-CR结构与算法存在显著差异:我们证明连续时间滑雪租赁问题的最优$\delta$-CR为$2-2^{-\Theta(\frac{1}{1-\delta})}$,该指标由延迟微分方程描述的算法实现。与之形成对比的是,在购买成本为$B$的离散时间滑雪租赁问题中,当$\delta = 1 - \Theta(\frac{1}{\log B})$时存在陡峭相变,此后经典确定性策略达到最优。类似地,单峰搜索在$\delta = \frac{1}{2}$处呈现相变,此后经典确定性策略最优;我们同时获得一个在$\delta \downarrow 0$时渐近最优的算法,该算法源于延迟微分方程的解。

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