The theory of integral quadratic constraints (IQCs) allows the certification of exponential convergence of interconnected systems containing nonlinear or uncertain elements. In this work, we adapt the IQC theory to study first-order methods for smooth and strongly-monotone games and show how to design tailored quadratic constraints to get tight upper bounds of convergence rates. Using this framework, we recover the existing bound for the gradient method~(GD), derive sharper bounds for the proximal point method~(PPM) and optimistic gradient method~(OG), and provide \emph{for the first time} a global convergence rate for the negative momentum method~(NM) with an iteration complexity $\mathcal{O}(\kappa^{1.5})$, which matches its known lower bound. In addition, for time-varying systems, we prove that the gradient method with optimal step size achieves the fastest provable worst-case convergence rate with quadratic Lyapunov functions. Finally, we further extend our analysis to stochastic games and study the impact of multiplicative noise on different algorithms. We show that it is impossible for an algorithm with one step of memory to achieve acceleration if it only queries the gradient once per batch (in contrast with the stochastic strongly-convex optimization setting, where such acceleration has been demonstrated). However, we exhibit an algorithm which achieves acceleration with two gradient queries per batch.


翻译:整体二次曲线约束理论( IQCs) 允许对包含非线性或不确定元素的互联系统的指数趋同进行认证。 在这项工作中,我们调整 IQC 理论,以研究光滑和强分子游戏的第一阶方法,并展示如何设计定制的二次曲线限制,以获得趋同率的紧紧上限。此外,我们利用这个框架,恢复了梯度方法~(GD) 的现有约束线,为准点方法~(PPPM) 和乐观梯度方法~(OG) 提供了更锋利的界限,并首次为负动力方法~ (NM) 提供了一个全球趋同率率率率, 以迭代复杂性 $\ mathcal{O} (\ kapaç ⁇ 1.5}) (kapa) $, 并展示如何设计符合已知较低约束的二次矩形约束的二次矩形限制。 此外, 对于时间变化系统, 我们证明具有最优级数的梯度方法可以达到最迅速的、 最差的趋同量的利普诺夫函数函数 。 最后, 我们进一步将我们的分析扩展的游戏扩展到模拟游戏, 并研究到负级的多级的递增速度的递增速度, 我们只能达到一次的递增的 。

0
下载
关闭预览

相关内容

Integration:Integration, the VLSI Journal。 Explanation:集成,VLSI杂志。 Publisher:Elsevier。 SIT:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/integration/
专知会员服务
41+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
25+阅读 · 2021年4月2日
【经典书】线性代数,Linear Algebra,525页pdf
专知会员服务
76+阅读 · 2021年1月29日
【Google】平滑对抗训练,Smooth Adversarial Training
专知会员服务
48+阅读 · 2020年7月4日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【泡泡一分钟】用于平面环境的线性RGBD-SLAM
泡泡机器人SLAM
6+阅读 · 2018年12月18日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
已删除
将门创投
5+阅读 · 2018年2月28日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Arxiv
0+阅读 · 2021年6月14日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【泡泡一分钟】用于平面环境的线性RGBD-SLAM
泡泡机器人SLAM
6+阅读 · 2018年12月18日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
已删除
将门创投
5+阅读 · 2018年2月28日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
强化学习 cartpole_a3c
CreateAMind
9+阅读 · 2017年7月21日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员