We study the problem of zeroth-order (black-box) optimization of a Lipschitz function $f$ defined on a compact subset $\mathcal X$ of $\mathbb R^d$, with the additional constraint that algorithms must certify the accuracy of their recommendations. We characterize the optimal number of evaluations of any Lipschitz function $f$ to find and certify an approximate maximizer of $f$ at accuracy $\varepsilon$. Under a weak assumption on $\mathcal X$, this optimal sample complexity is shown to be nearly proportional to the integral $\int_{\mathcal X} \mathrm{d}\boldsymbol x/( \max(f) - f(\boldsymbol x) + \varepsilon )^d$. This result, which was only (and partially) known in dimension $d=1$, solves an open problem dating back to 1991. In terms of techniques, our upper bound relies on a packing bound by Bouttier al. (2020) for the Piyavskii-Shubert algorithm that we link to the above integral. We also show that a certified version of the computationally tractable DOO algorithm matches these packing and integral bounds. Our instance-dependent lower bound differs from traditional worst-case lower bounds in the Lipschitz setting and relies on a local worst-case analysis that could likely prove useful for other learning tasks.


翻译:本文研究了在$\mathbb R^d$的紧致子集$\mathcal X$上定义的Lipschitz函数$f$的零阶(黑盒)优化问题,并添加了证明算法推荐解的准确性的约束条件。我们对于任意Lipschitz函数$f$,描述了发现和证明近似极大值$f$的最优评估次数。在对$\mathcal X$进行弱假设下,这个最优样本复杂度被证明与$\int_{\mathcal X} \mathrm{d}\boldsymbol x/( \max(f) - f(\boldsymbol x) + \varepsilon )^d$的积分几乎成正比。这个结果只有在$d=1$时被部分知道,解决了追溯至1991年的一个开放问题。在技术上,我们的上界依赖于Bouttier等人(2020年)提出的Piyavskii-Shubert算法的打包边界,我们将其与上述积分联系起来。我们还展示了计算可行的DOO算法的认证版本与这个打包和积分边界相匹配。我们的实例相关的下界不同于Lipschitz设置中传统的最坏情况下界,并且依赖于可能对于其他学习任务有用的局部最坏情况分析。

0
下载
关闭预览

相关内容

【硬核书】树与网络上的概率,716页pdf
专知会员服务
71+阅读 · 2021年12月8日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
近期必读的六篇 ICML 2020【因果推理】相关论文
专知会员服务
87+阅读 · 2020年9月8日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
26+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月9日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月9日
VIP会员
相关资讯
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
26+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员