Emerging applications of control, estimation, and machine learning, ranging from target tracking to decentralized model fitting, pose resource constraints that limit which of the available sensors, actuators, or data can be simultaneously used across time. Therefore, many researchers have proposed solutions within discrete optimization frameworks where the optimization is performed over finite sets. By exploiting notions of discrete convexity, such as submodularity, the researchers have been able to provide scalable algorithms with provable suboptimality bounds. In this paper, we consider such problems but in adversarial environments, where in every step a number of the chosen elements in the optimization is removed due to failures/attacks. Specifically, we consider for the first time a sequential version of the problem that allows us to observe the failures and adapt, while the attacker also adapts to our response. We call the novel problem Robust Sequential submodular Maximization (RSM). Generally, the problem is computationally hard and no scalable algorithm is known for its solution. However, in this paper we propose Robust and Adaptive Maximization (RAM), the first scalable algorithm. RAM runs in an online fashion, adapting in every step to the history of failures. Also, it guarantees a near-optimal performance, even against any number of failures among the used elements. Particularly, RAM has both provable per-instance a priori bounds and tight and/or optimal a posteriori bounds. Finally, we demonstrate RAM's near-optimality in simulations across various application scenarios, along with its robustness against several failure types, from worst-case to random.


翻译:从目标跟踪到分散模型安装等新兴的控制、估计和机器学习应用,从目标跟踪到分散式模型安装,都造成了资源限制,限制了现有传感器、启动器或数据中哪些可同时使用的时间。 因此, 许多研究人员在离散优化框架内提出了解决方案, 优化以有限组合进行。 通过利用离散共化概念, 如亚模式化, 研究人员能够提供具有可辨别亚最佳度界限的可缩放算法。 在本文中, 我们考虑这些问题, 但是在敌对环境中, 每一步都由于失败/ 攻击而删除了优化中选择的一些元素。 具体地说, 我们第一次考虑的是, 一个顺序化的问题版本, 使我们能够观察失败和调整, 而攻击者也可以适应我们的反应。 我们称之为新颖的按顺序顺序排列的亚模式最大化算法(RSM) 。 总体而言, 问题是计算最硬的, 并且没有为解决问题而已知的缩放算法。 但是, 在本文中, 我们建议通过精确和适应性缩略式的缩略图, 第一次的缩略图, 在以往的缩略图中, 运行一个最终的缩缩略图, 。

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