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在线算法模型

Online algorithm model

输入逐步揭示,算法必须在未知未来时作出通常不可撤回的决策。

条目类型
模型

形式陈述

协议

请求序列 σ=(σ1,,σT) 逐轮揭示;σt 到达后,算法仅依据历史和当前请求选动作 at 并付成本,离线 OPT 则预知整段 σ。确定算法无内部随机性,随机算法的期望须说明对算法硬币取,并区分 oblivious 与 adaptive 对手。

Paging 中页面请求到达,缺页时必须立即淘汰;知道未来的 Belady 策略属于离线。在线并不等于流式:前者限制未来信息并要求决策,后者主要限制空间,可能不输出动作。

直觉

在线困难来自动作发生时未来仍被信息屏障挡住,并不要求算法记忆有限。一个决定若能等到完整输入再作或可免费撤回,就能退化成离线优化;若撤回要付迁移费,这笔费用必须进入状态和成本,而不是当作事后修正。

当前信息、在线动作与未知未来
例子与边界

边界

Worst-case 序列不等于能看见本轮随机位的 adaptive 对手。Advice 模型额外获得未来编码,也应单列。动作若可事后免费撤回,原在线困难可能消失。

评价可用竞争比、regret 或其他目标;本批以竞争分析为主,不把学习比较器自动带入。

不可撤回也可以表现为撤回需付迁移或取消成本。若允许免费等待全部输入后再修改动作,问题就退化为离线优化;具体动作时间必须写进协议。

信息过滤与动作时间

在第 t 轮,算法可见历史 Ht1 与当前请求 σt,输出 at=A(Ht1,σt;r),然后成本和反馈进入 Ht。未来请求不在可见信息中。Paging 的淘汰发生在 fault 当下;ski rental 的购买在知道当天仍需使用后、未知明天前决定。

若动作可以延后到看完整序列,paging 可运行 Belady、ski rental 可直接取 min(T,B),在线困难消失。若撤销动作需迁移费,则迁移本身是成本而非免费修正。

对手与随机性

Oblivious 对手先固定序列,再对算法随机性取期望;adaptive online 对手可依据过去动作发下一请求,但不能在本轮随机动作实现后倒改当前请求。若对手能见完整种子,随机算法常退化到确定性下界。

Advice 模型额外给若干未来信息 bits,prediction-augmented 模型给可能错误预测;它们必须同时报告一致性和鲁棒性,不能沿用无 advice 的竞争比而不改基准。

推论与应用

与 streaming 和 online learning 的分界

Streaming 可能只在末尾输出、核心资源是空间;online algorithm 核心是不可撤回决策,可保存全部历史。Online learning 常用 regret 与固定比较器,经典在线算法用离线 OPT 的竞争比。协议相似,评价对象不同。

参考资料
  • Borodin, El-Yaniv, Online Computation and Competitive Analysis, 1998.
  • Sleator, Tarjan, CACM 1985.
关系图谱10 个相邻概念 · 1 类关系

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