We propose and analyze a new dynamical system with \textit{a closed-loop control law} in a Hilbert space $\mathcal{H}$, aiming to shed light on the acceleration phenomenon for \textit{monotone inclusion} problems, which unifies a broad class of optimization, saddle point and variational inequality (VI) problems under a single framework. Given an operator $A: \mathcal{H} \rightrightarrows \mathcal{H}$ that is maximal monotone, we study a closed-loop control system that is governed by the operator $I - (I + \lambda(t)A)^{-1}$ where $\lambda(\cdot)$ is tuned by the resolution of the algebraic equation $\lambda(t)\|(I + \lambda(t)A)^{-1}x(t) - x(t)\|^{p-1} = \theta$ for some $\theta \in (0, 1)$. Our first contribution is to prove the existence and uniqueness of a global solution via the Cauchy-Lipschitz theorem. We present a Lyapunov function that allows for establishing the weak convergence of trajectories and strong convergence results under additional conditions. We establish a global ergodic rate of $O(t^{-(p+1)/2})$ in terms of a gap function and a global pointwise rate of $O(t^{-p/2})$ in terms of a residue function. Local linear convergence is established in terms of a distance function under an error bound condition. Further, we provide an algorithmic framework based on implicit discretization of our system in a Euclidean setting, generalizing the large-step HPE framework of~\citet{Monteiro-2012-Iteration}. While the discrete-time analysis is a simplification and generalization of the previous analysis for bounded domain, it is motivated by the aforementioned continuous-time analysis, illustrating the fundamental role that the closed-loop control plays in acceleration in monotone inclusion. A highlight of our analysis is set of new results concerning $p$-th order tensor algorithms for monotone inclusion problems, which complement the recent analysis for saddle point and VI problems.


翻译:我们提出并分析一个新的动态系统, 包括\ textit{ a 闭路电流控制法} 在 Hilbert 空间 $\ mathcal{H} 中 $\ mathcal{ h}, 旨在揭示 extit{ monotone 包容问题的加速现象, 这些问题在单一框架内统一了一个广泛的优化、 挂载点和变异性(VI) 问题。 鉴于操作者 $A:\ mathcal{H} \ rightrightrrows {H}, 也就是最大趋同, 我们研究一个由操作者 $I - (I +\ lambda)\ monnonononoun commun commission 运行的, 我们的直径直线化( t) 和直径解的直径解 。

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