Consider the following abstract coin tossing problem: Given a set of $n$ coins with unknown biases, find the most biased coin using a minimal number of coin tosses. This is a common abstraction of various exploration problems in theoretical computer science and machine learning and has been studied extensively over the years. In particular, algorithms with optimal sample complexity (number of coin tosses) have been known for this problem for quite some time. Motivated by applications to processing massive datasets, we study the space complexity of solving this problem with optimal number of coin tosses in the streaming model. In this model, the coins are arriving one by one and the algorithm is only allowed to store a limited number of coins at any point -- any coin not present in the memory is lost and can no longer be tossed or compared to arriving coins. Prior algorithms for the coin tossing problem with optimal sample complexity are based on iterative elimination of coins which inherently require storing all the coins, leading to memory-inefficient streaming algorithms. We remedy this state-of-affairs by presenting a series of improved streaming algorithms for this problem: we start with a simple algorithm which require storing only $O(\log{n})$ coins and then iteratively refine it further and further, leading to algorithms with $O(\log\log{(n)})$ memory, $O(\log^*{(n)})$ memory, and finally a one that only stores a single extra coin in memory -- the same exact space needed to just store the best coin throughout the stream. Furthermore, we extend our algorithms to the problem of finding the $k$ most biased coins as well as other exploration problems such as finding top-$k$ elements using noisy comparisons or finding an $\epsilon$-best arm in stochastic multi-armed bandits, and obtain efficient streaming algorithms for these problems.


翻译:将下列抽象硬币抛入问题中: 在一组美元硬币中存在未知偏差, 发现最有偏差的硬币, 使用最低数量的硬币。 这是理论计算机科学和机器学习中各种探索问题的常见抽象, 多年来已经广泛研究过。 特别是, 最优样本复杂性的算法( 硬币的硬币数量) 已经为这一问题了解了相当一段时间。 利用大量数据集的处理程序, 我们研究解决这个问题的空间复杂性, 在流式模型中, 以最佳数量的硬币来存储一个硬币 。 在这个模型中, 硬币正在以一个最小的硬币到达一个最小的硬币数量 。 我们只能通过一个简单的O 货币流流的内存来存储一个硬币 。

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