Motivated by the need for, and growing interest in, modeling uncertainty in data, we introduce and study {\em stochastic minimum-norm optimization}. We have an underlying combinatorial optimization problem where the costs involved are {\em random variables} with given distributions; each feasible solution induces a random multidimensional cost vector, and given a certain objective function, the goal is to find a solution (that does not depend on the realizations of the costs) that minimizes the expected objective value. For instance, in stochastic load balancing, jobs with random processing times need to be assigned to machines, and the induced cost vector is the machine-load vector. Recently, in the deterministic setting, Chakrabarty and Swamy \cite{ChakrabartyS19a} considered a fairly broad suite of objectives, wherein we seek to minimize the $f$-norm of the cost vector under a given {\em arbitrary monotone, symmetric norm} $f$. In stochastic minimum-norm optimization, we work with this broad class of objectives, and seek a solution that minimizes the {\em expected $f$-norm} of the induced cost vector. We give a general framework for devising algorithms for stochastic minimum-norm combinatorial optimization, using which we obtain approximation algorithms for the stochastic minimum-norm versions of the load balancing and spanning tree problems. Two key technical contributions of this work are: (1) a structural result of independent interest connecting stochastic minimum-norm optimization to the simultaneous optimization of a (\emph{small}) collection of expected $\mathsf{Top}$-$\ell$-norms; and (2) showing how to tackle expected $\mathsf{Top}$-$\ell$-norm minimization by leveraging techniques used to deal with minimizing the expected maximum, circumventing the difficulties posed by the non-separable nature of $\mathsf{Top}$-$\ell$ norms.


翻译:基于对数据不确定性的模型需求及其日益增长的兴趣, 我们引入并研究一个基本的组合优化问题, 所涉成本是使用给定分布的随机变量; 每种可行的解决方案都会随机产生多维成本矢量, 并且具有某种客观功能, 目标是找到一种解决方案( 并不取决于成本的实现), 最大限度地最小化预期目标值。 例如, 在随机负载平衡中, 需要将随机处理时间的工作指派给机器, 而导出的成本矢量是机器- 自动优化矢量。 最近, 在确定性设置中, Chakrabarty 和 Swamy\ chakrabartyS19a} 中, 考虑一个相当广泛的目标组合, 其中我们试图在给给定的 任意单调、 对称规范 美元 美元 中找到成本最小化的值 。 在随机调节中, 我们用这个大层次的螺旋值, 将预估量的硬度值值值值值值值值 。

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