Bilevel optimization has various applications such as hyper-parameter optimization and meta-learning. Designing theoretically efficient algorithms for bilevel optimization is more challenging than standard optimization because the lower-level problem defines the feasibility set implicitly via another optimization problem. One tractable case is when the lower-level problem permits strong convexity. Recent works show that second-order methods can provably converge to an $\epsilon$-first-order stationary point of the problem at a rate of $\tilde{\mathcal{O}}(\epsilon^{-2})$, yet these algorithms require a Hessian-vector product oracle. Kwon et al. (2023) resolved the problem by proposing a first-order method that can achieve the same goal at a slower rate of $\tilde{\mathcal{O}}(\epsilon^{-3})$. In this work, we provide an improved analysis demonstrating that the first-order method can also find an $\epsilon$-first-order stationary point within $\tilde {\mathcal{O}}(\epsilon^{-2})$ oracle complexity, which matches the upper bounds for second-order methods in the dependency on $\epsilon$. Our analysis further leads to simple first-order algorithms that can achieve similar near-optimal rates in finding second-order stationary points and in distributed bilevel problems.


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