When optimizing machine learning models, there are various scenarios where gradient computations are challenging or even infeasible. Furthermore, in reinforcement learning (RL), preference-based RL that only compares between options has wide applications, including reinforcement learning with human feedback in large language models. In this paper, we systematically study optimization of a smooth function $f\colon\mathbb{R}^n\to\mathbb{R}$ only assuming an oracle that compares function values at two points and tells which is larger. When $f$ is convex, we give two algorithms using $\tilde{O}(n/\epsilon)$ and $\tilde{O}(n^{2})$ comparison queries to find an $\epsilon$-optimal solution, respectively. When $f$ is nonconvex, our algorithm uses $\tilde{O}(n/\epsilon^2)$ comparison queries to find an $\epsilon$-approximate stationary point. All these results match the best-known zeroth-order algorithms with function evaluation queries in $n$ dependence, thus suggest that \emph{comparisons are all you need for optimizing smooth functions using derivative-free methods}. In addition, we also give an algorithm for escaping saddle points and reaching an $\epsilon$-second order stationary point of a nonconvex $f$, using $\tilde{O}(n^{1.5}/\epsilon^{2.5})$ comparison queries.


翻译:在优化机器学习模型时,存在各种梯度计算困难甚至不可行的场景。此外,在强化学习中,基于偏好的强化学习(仅比较不同选项)具有广泛应用,包括大型语言模型中的人类反馈强化学习。本文系统研究了仅利用比较函数值的预言机(即比较两点函数值并判断大小)来优化光滑函数$f\colon\mathbb{R}^n\to\mathbb{R}$的问题。当$f$为凸函数时,我们分别给出了使用$\tilde{O}(n/\epsilon)$和$\tilde{O}(n^{2})$次比较查询即可找到$\epsilon$-最优解的两个算法。当$f$为非凸函数时,我们的算法使用$\tilde{O}(n/\epsilon^2)$次比较查询即可找到$\epsilon$-近似驻点。这些结果在$n$的依赖关系上均与已知最优的零阶函数求值算法相匹配,从而表明"优化光滑函数只需比较——基于无导数方法"。此外,我们还给出了一个逃逸鞍点并达到非凸$f$的$\epsilon$-二阶驻点的算法,该算法使用$\tilde{O}(n^{1.5}/\epsilon^{2.5})$次比较查询。

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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年6月28日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
VIP会员
最新内容
乌克兰纵深打击如何重塑俄罗斯的战略选择
专知会员服务
0+阅读 · 今天12:25
俄乌战争中关于中程打击无人机部署的经验启示
专知会员服务
0+阅读 · 今天12:08
《基于强化学习的自动化红队测试》
专知会员服务
4+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
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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员