We present a non-asymptotic lower bound on the eigenspectrum of the design matrix generated by any linear bandit algorithm with sub-linear regret when the action set has well-behaved curvature. Specifically, we show that the minimum eigenvalue of the expected design matrix grows as $\Omega(\sqrt{n})$ whenever the expected cumulative regret of the algorithm is $O(\sqrt{n})$, where $n$ is the learning horizon, and the action-space has a constant Hessian around the optimal arm. This shows that such action-spaces force a polynomial lower bound rather than a logarithmic lower bound, as shown by \cite{lattimore2017end}, in discrete (i.e., well-separated) action spaces. Furthermore, while the previous result is shown to hold only in the asymptotic regime (as $n \to \infty$), our result for these ``locally rich" action spaces is any-time. Additionally, under a mild technical assumption, we obtain a similar lower bound on the minimum eigen value holding with high probability. We apply our result to two practical scenarios -- \emph{model selection} and \emph{clustering} in linear bandits. For model selection, we show that an epoch-based linear bandit algorithm adapts to the true model complexity at a rate exponential in the number of epochs, by virtue of our novel spectral bound. For clustering, we consider a multi agent framework where we show, by leveraging the spectral result, that no forced exploration is necessary -- the agents can run a linear bandit algorithm and estimate their underlying parameters at once, and hence incur a low regret.


翻译:在任何线性土匪算法产生的设计矩阵中,当动作组的曲线曲度良好时,其次线性遗憾,我们展示了一种非偏差的下限。具体地说,我们显示,当算法的预期累积遗憾为 $O(\ sqrt{n}) 美元时,如果算法的累积遗憾为 $O(\ sqrt{n}), 美元是学习的地平线, 而动作-空间在最佳臂周围有一个恒定的赫斯仪。这表明,当动作组的动作组有良好的曲线曲线曲线曲线曲线曲度时,其最小的值会降低。 具体设计矩阵的最小值会随着离散( i. e., 井然分) 动作组的增加而增长。 此外, 先前的结果只会维持在不稳的状态下( 以美元为基底基数 ), 我们的直径直线性动作空间将获得一个必要的直径直的值值值, 而其直径直线性动作空间将显示在任何时间。

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