We consider stochastic gradient estimation using only black-box function evaluations, where the function argument lies within a probability simplex. This problem is motivated from gradient-descent optimization procedures in multiple applications in distributionally robust analysis and inverse model calibration involving decision variables that are probability distributions. We are especially interested in obtaining gradient estimators where one or few sample observations or simulation runs apply simultaneously to all directions. Conventional zeroth-order gradient schemes such as simultaneous perturbation face challenges as the required moment conditions that allow the "canceling" of higher-order biases cannot be satisfied without violating the simplex constraints. We investigate a new set of required conditions on the random perturbation generator, which leads us to a class of implementable gradient estimators using Dirichlet mixtures. We study the statistical properties of these estimators and their utility in constrained stochastic approximation, including both Frank-Wolfe and mirror descent update schemes. We demonstrate the effectiveness of our procedures and compare with benchmarks via several numerical examples.


翻译:我们只考虑使用黑盒函数评估来估计梯度, 功能参数参数在概率简单x范围内。 这个问题的起因是分布式强力分析和反模型校准等决定变量的多种应用中的梯度- 白优化程序。 我们特别有兴趣获得一个或几个样本观测或模拟同时运行到所有方向的梯度估计器。 常规零级梯度计划,如同时的扰动,在不违反简单x限制的情况下,无法满足“ 启动” 更高阶梯度偏差所需的时间条件。 我们调查随机扰动生成器的一套新条件,这导致我们找到使用dirichlet混合物可执行的梯度估计器类别。 我们研究这些估计器的统计属性及其在限制随机近似方面的实用性, 包括Frank-Wolfe和镜形世系更新计划。 我们展示了我们程序的有效性,并通过几个数字实例与基准进行比较。

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