The aim of this paper is to design computationally-efficient and optimal algorithms for the online and stochastic exp-concave optimization settings. Typical algorithms for these settings, such as the Online Newton Step (ONS), can guarantee a $O(d\ln T)$ bound on their regret after $T$ rounds, where $d$ is the dimension of the feasible set. However, such algorithms perform so-called generalized projections whenever their iterates step outside the feasible set. Such generalized projections require $\Omega(d^3)$ arithmetic operations even for simple sets such a Euclidean ball, making the total runtime of ONS of order $d^3 T$ after $T$ rounds, in the worst-case. In this paper, we side-step generalized projections by using a self-concordant barrier as a regularizer to compute the Newton steps. This ensures that the iterates are always within the feasible set without requiring projections. This approach still requires the computation of the inverse of the Hessian of the barrier at every step. However, using the stability properties of the Newton steps, we show that the inverse of the Hessians can be efficiently approximated via Taylor expansions for most rounds, resulting in a $O(d^2 T +d^\omega \sqrt{T})$ total computational complexity, where $\omega$ is the exponent of matrix multiplication. In the stochastic setting, we show that this translates into a $O(d^3/\epsilon)$ computational complexity for finding an $\epsilon$-suboptimal point, answering an open question by Koren 2013. We first show these new results for the simple case where the feasible set is a Euclidean ball. Then, to move to general convex set, we use a reduction to Online Convex Optimization over the Euclidean ball. Our final algorithm can be viewed as a more efficient version of ONS.


翻译:摘要:本文旨在针对在线与随机exp-concave优化场景设计计算高效且最优的算法。针对此类场景的典型算法(如在线牛顿步算法ONS)可保证经过T轮迭代后遗憾界为$O(d\ln T)$,其中$d$为可行集维度。然而,此类算法在迭代步超出可行集时需执行所谓广义投影操作。即使对于欧几里得球等简单集合,这类广义投影也需要$\Omega(d^3)$次算术运算,导致ONS算法在最坏情况下经过T轮迭代的总运行时间达到$d^3 T$阶。本文通过使用自和谐障碍函数作为正则化器计算牛顿步,从而绕开广义投影。该方法确保迭代点始终落在可行集内而无需投影。该方案仍需要在每步计算障碍函数海森矩阵的逆。然而,利用牛顿步的稳定性性质,我们证明大多数轮次中可通过泰勒展开有效近似海森矩阵的逆,从而将总计算复杂度降至$O(d^2 T + d^\omega \sqrt{T})$,其中$\omega$为矩阵乘法指数。在随机场景下,该复杂度转化为寻找$\epsilon$-次优点所需的$O(d^3/\epsilon)$计算量,解答了Koren(2013)提出的开放性问题。我们首先针对可行集为欧几里得球的简单情形证明这些新结果。随后,为推广至一般凸集,我们采用了一种归约至欧几里得球上的在线凸优化方法。最终算法可视为ONS的一种更高效率版本。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】MXNet深度情感分析实战
机器学习研究会
16+阅读 · 2017年10月4日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年10月1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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月4日
VIP会员
最新内容
《基于深度强化学习的反无人机技术研究》178页
专知会员服务
1+阅读 · 今天16:06
“史诗怒火”行动与“AI中心战”模式的浮现
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:31
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:49
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
【推荐】用Python/OpenCV实现增强现实
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年11月16日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】MXNet深度情感分析实战
机器学习研究会
16+阅读 · 2017年10月4日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年10月1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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员