Bilevel optimization has recently attracted growing interests due to its wide applications in modern machine learning problems. Although recent studies have characterized the convergence rate for several such popular algorithms, it is still unclear how much further these convergence rates can be improved. In this paper, we address this fundamental question from two perspectives. First, we provide the first-known lower complexity bounds of $\widetilde{\Omega}(\frac{1}{\sqrt{\mu_x}\mu_y})$ and $\widetilde \Omega\big(\frac{1}{\sqrt{\epsilon}}\min\{\frac{1}{\mu_y},\frac{1}{\sqrt{\epsilon^{3}}}\}\big)$ respectively for strongly-convex-strongly-convex and convex-strongly-convex bilevel optimizations. Second, we propose an accelerated bilevel optimizer named AccBiO, for which we provide the first-known complexity bounds without the gradient boundedness assumption (which was made in existing analyses) under the two aforementioned geometries. We also provide significantly tighter upper bounds than the existing complexity when the bounded gradient assumption does hold. We show that AccBiO achieves the optimal results (i.e., the upper and lower bounds match up to logarithmic factors) when the inner-level problem takes a quadratic form with a constant-level condition number. Interestingly, our lower bounds under both geometries are larger than the corresponding optimal complexities of minimax optimization, establishing that bilevel optimization is provably more challenging than minimax optimization.


翻译:最近,由于在现代机器学习问题中的广泛应用,双层优化最近吸引了越来越多的兴趣。尽管最近的研究已经将几种流行算法的趋同率定性为几个流行算法的趋同率的特点,但仍然不清楚这些趋同率还能进一步改进多少。在本文件中,我们从两个角度分别解决这个基本问题。首先,我们提供了第一个已知的低复杂度的 $\ 广度的Omega}(\ frac{1\\ sqrt\\\ su_ su_ mu_ y})(\\ frac\ {1\ unsqrt\ lipslón\ min_ferc{1\ un\ mu_y} (fracld) 。 (\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
41+阅读 · 2021年4月2日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22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
41+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
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
神经网络学习率设置
机器学习研究会
4+阅读 · 2018年3月3日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
102+阅读 · 2019年12月19日
Accelerated Methods for Deep Reinforcement Learning
Arxiv
6+阅读 · 2019年1月10日
Arxiv
6+阅读 · 2018年4月24日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22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
41+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
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
神经网络学习率设置
机器学习研究会
4+阅读 · 2018年3月3日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员