In this paper, we study the lower complexity bounds for finite-sum optimization problems, where the objective is the average of $n$ individual component functions. We consider Proximal Incremental First-order (PIFO) algorithms which have access to the gradient and proximal oracles for each component function. To incorporate loopless methods, we also allow PIFO algorithms to obtain the full gradient infrequently. We develop a novel approach to constructing the hard instances, which partitions the tridiagonal matrix of classical examples into $n$ groups. This construction is friendly to the analysis of PIFO algorithms. Based on this construction, we establish the lower complexity bounds for finite-sum minimax optimization problems when the objective is convex-concave or nonconvex-strongly-concave and the class of component functions is $L$-average smooth. Most of these bounds are nearly matched by existing upper bounds up to log factors. We can also derive similar lower bounds for finite-sum minimization problems as previous work under both smoothness and average smoothness assumptions. Our lower bounds imply that proximal oracles for smooth functions are not much more powerful than gradient oracles.


翻译:在本文中, 我们研究有限和优化问题的较低复杂度, 目标是以美元为平均值的单个元件函数 。 我们考虑每个元件功能能够使用渐变法和近似孔径的 pIFO (PIFO) 算法。 为了纳入无环方法, 我们还允许 PIFO 算法不定期获得完全梯度。 我们开发了一种新颖的方法来构建硬例, 将经典示例的三角对角矩阵分隔成 $美元 组 。 这个构造有利于分析 PIFO 算法 。 基于这个构造, 当目标为 convex cove 或非convex 强和 元件功能类别为平滑度时, 我们设置的最小和最小和微缩缩缩缩缩缩图 的更低复杂度界限。 我们的下框意味着, 平滑或渐变的功能比平滑度要强得多。

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