Statistical machine learning models trained with stochastic gradient algorithms are increasingly being deployed in critical scientific applications. However, computing the stochastic gradient in several such applications is highly expensive or even impossible at times. In such cases, derivative-free or zeroth-order algorithms are used. An important question which has thus far not been addressed sufficiently in the statistical machine learning literature is that of equipping stochastic zeroth-order algorithms with practical yet rigorous inferential capabilities so that we not only have point estimates or predictions but also quantify the associated uncertainty via confidence intervals or sets. Towards this, in this work, we first establish a central limit theorem for Polyak-Ruppert averaged stochastic zeroth-order gradient algorithm. We then provide online estimators of the asymptotic covariance matrix appearing in the central limit theorem, thereby providing a practical procedure for constructing asymptotically valid confidence sets (or intervals) for parameter estimation (or prediction) in the zeroth-order setting.


翻译:在关键科学应用中,越来越多地使用经过随机梯度算法培训的统计机学习模型。然而,在几种此类应用中计算随机梯度非常昂贵,有时甚至不可能。在这种情况下,使用了无衍生物或零序算法。在统计机学习文献中迄今尚未充分解决的一个重要问题是,用实用但严格的推断能力装备随机零序算法,以便我们不仅有点估计或预测,而且通过信任间隔或套数量化相关的不确定性。为此,我们首先为Polyak-Ruppert平均零级偏差梯度算法设定了一个中心限值。然后,我们提供中央限值中出现的无源变量矩阵的在线估计器,从而为在零序设置中构建参数估计(或预测)的无源有效信任套(或间隔)提供一个实用程序。

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