Market equilibrium is a solution concept with many applications such as digital ad markets, fair division, and resource sharing. For many classes of utility functions, equilibria can be captured by convex programs. We develop simple first-order methods suitable for solving these convex programs for large-scale markets. We focus on three practically-relevant utility classes: linear, quasilinear, and Leontief utilities. Using structural properties of market equilibria under each utility class, we show that the corresponding convex programs can be reformulated as optimization of a structured smooth convex function over a polyhedral set, for which projected gradient achieves linear convergence. To do so, we utilize recent linear convergence results under weakened strong-convexity conditions, and further refine the relevant constants in existing convergence results. Then, we show that proximal gradient (a generalization of projected gradient) with a practical linesearch scheme achieves linear convergence under the Proximal-PL condition, a recently developed error bound condition for convex composite problems. For quasilinear utilities, we show that Mirror Descent applied to a new convex program achieves sublinear last-iterate convergence and yields a form of Proportional Response dynamics, an elegant, interpretable algorithm for computing market equilibria originally developed for linear utilities. Numerical experiments show that Proportional Response dynamics is highly efficient for computing approximate market equilibria, while projected gradient with linesearch can be much faster when higher-accuracy solutions are needed.
翻译:市场平衡是一个解决方案概念, 包括数字广告市场、 公平分割和资源共享等许多应用程序。 对于许多类别的公用功能功能, 可以通过 convex 程序捕捉均衡性。 我们开发了适合于解决大型市场这些 convex 程序的简单第一阶方法。 我们侧重于三个实际相关的公用类: 线性、 准线性、 利昂蒂夫公用事业。 在每个公用类下, 使用市场平衡的结构性属性, 我们显示相应的 convex 程序可以重新制定, 以优化结构顺畅的 convex 功能, 而不是一个混合集成的组合。 对于准线性公用事业, 预测的梯度可以实现线性趋同。 为了做到这一点, 我们利用最近线性趋近的趋同结果, 在较弱的强趋同性条件下, 进一步完善现有趋同结果。 然后, 我们显示, 使用实用的线性梯度梯度梯度梯度梯度( 预测的梯度), 在快速的复合问题中, 最近开发的错误约束性条件。 对于准性解决方案, 我们显示, 在新的 直线性平流程序应用新的 develilal 直线性方案, 的精度( 直线性) 后, 直线性 直线性 的市级 的市级 的市级 的市级 的市际的市级 平比 的 的 平比 显示, 的 的 的 平比 的 的 的 的 的 的 的 度 度 的 的 度 平流 平流 平流 平流 平流 平流 平流 的 的 平流 平流 的 的 的 的 平流 平流 平流 平流 的 的 的 平流 平流 的 的 的 的 平流 平流 的 的 平流 的 平流 平流 平流 平流 平流 平流 平流 平流 平流 平流 平流 平流 的 平流 的 的 的 平流 的 的 的 的 的 的 平流 平流 平流 平流