Evolution strategies (ESs) are zeroth-order stochastic black-box optimization heuristics invariant to monotonic transformations of the objective function. They evolve a multivariate normal distribution, from which candidate solutions are generated. Among different variants, CMA-ES is nowadays recognized as one of the state-of-the-art zeroth-order optimizers for difficult problems. Albeit ample empirical evidence that ESs with a step-size control mechanism converge linearly, theoretical guarantees of linear convergence of ESs have been established only on limited classes of functions. In particular, theoretical results on convex functions are missing, where zeroth-order and also first-order optimization methods are often analyzed. In this paper, we establish almost sure linear convergence and a bound on the expected hitting time of an \new{ES family, namely the $(1+1)_\kappa$-ES, which includes the (1+1)-ES with (generalized) one-fifth success rule} and an abstract covariance matrix adaptation with bounded condition number, on a broad class of functions. The analysis holds for monotonic transformations of positively homogeneous functions and of quadratically bounded functions, the latter of which particularly includes monotonic transformation of strongly convex functions with Lipschitz continuous gradient. As far as the authors know, this is the first work that proves linear convergence of ES on such a broad class of functions.


翻译:进化策略(ESs)是零阶级的黑盒优化偏差策略,它与目标函数的单向转换不相容。它们演变成多变正常分布,从中产生候选解决方案。在不同的变体中,CMA-ES现在被确认为最先进的零顺序优化困难问题的最佳方法之一。尽管有大量经验证明,具有分步控制机制的ES系统线性趋同,但只有有限的功能类别才建立了ES线性融合的理论保证。特别是,缺少关于convex函数的理论结果,那里往往对零级和一级优化方法进行分析。在本文件中,我们几乎可以确定线性趋同,并结合到预期的New{ES家族的冲击时间,即$(1+1) ⁇ kappaa-ES,其中包括1+1-ES和(一般化)一至五级的成功规则}以及带有约束性条件号的抽象调和约束性矩阵矩阵矩阵,在广泛的功能类别中,这种分析将单线性趋同级和直径直线性功能与直线性后演变函数绑起来。

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