In this paper, we present several new results on minimizing a nonsmooth and nonconvex function under a Lipschitz condition. Recent work suggests that while the classical notion of Clarke stationarity is computationally intractable up to a sufficiently small constant tolerance, randomized first-order algorithms find a $(\delta, \epsilon)$-Goldstein stationary point with the complexity bound of $O(\delta^{-1}\epsilon^{-3})$, which is independent of problem dimension~\citep{Zhang-2020-Complexity, Davis-2021-Gradient, Tian-2022-Finite}. However, deterministic algorithms have not been fully explored, leaving open several basic problems in nonconvex and nonsmooth optimization. Our first contribution is to demonstrate that the randomization is essential to obtain a dimension-free complexity guarantee, by providing a lower bound of $\Omega(\sqrt{d})$ for all deterministic algorithms that have access to both first and zeroth-order oracles. Further, we show that zeroth-order oracle is essential to obtain a finite-time convergence guarantee, by proving that deterministic algorithms with only a first-order oracle can not find an approximate Goldstein stationary point within a finite number of iterations up to some small constant tolerance. Finally, we propose a deterministic smoothing approach that induces a smoothness parameter which is exponential in a parameter $M > 0$, and design a new deterministic algorithm with a dimension-free complexity bound of $\tilde{O}(M\delta^{-1}\epsilon^{-3})$.


翻译:在本文中, 我们在 Lipschitz 状态下, 我们展示了一些关于将一个非moot 和非convex 功能在Lipschitz 状态下最小化的新结果。 最近的工作表明, 虽然Clarke Stabiticle的古老概念在计算上难以达到足够小的恒定容忍度, 但是随机的一阶运算算找到了美元( delta,\ epsilon) $- Goldstein 的固定点, 复杂性为 $( delta ⁇ - 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 3}, 与问题维度( citep ⁇ hang) 2020- Complexlexity, Dabs-2021- Grabientialent, Tian-2022- Finite} 。 然而, 确定性算法算法的算法性算法性算法性( Oral- calizationalationalational) 或缩略度( ) 10- calizlexalations massion mations massations) 中, 只能算一个基本的硬化。

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