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对抗赌博机模型

Adversarial bandit

损失向量可任意变化、学习器只观察所选坐标的在线决策模型。

条目类型
模型

形式陈述

模型与信息顺序

多臂赌博机模型的部分反馈协议上,环境给出 t[0,1]K,学习器从历史决定的分布 pt 抽取 It,只观察 t,It。评价期望外部遗憾

Ett,Itminitt,i.

概率至少包含算法随机性。Oblivious 对手可预先任意固定损失序列;non-anticipating 自适应对手可看历史,却不能先看本轮 It 再设置该轮损失,否则可总让所选臂损失为 1,标准问题退化。

直觉

未见坐标通常用重要性加权

^t,i=t,i1{It=i}pt,i

估计;条件期望等于 t,i,但 pt,i 太小时方差很大,所以算法必须保留探索。与随机 bandit不同,这里没有固定均值和 gap,不能使用 Δi 分解。与专家全信息模型相比,缺失反馈使典型遗憾从 TlogK 恶化到 TK 量级。

无偏性可直接核验:条件于历史,

Et^t,i=pt,it,ipt,i+(1pt,i)0=t,i.

但二阶矩为 t,i2/pt,i,概率越小方差越大;若 pt,i=0,估计器甚至无定义。这就是 Exp3 一类算法混入探索质量的定量原因。

例子与边界

反应式对手为何使问题退化

对手若看见本轮 It 后再设损失,可令被选臂损失 1、其余为 0;算法每轮损失 1,而事后至少有某臂只被选约 T/K 次,产生线性遗憾。Non-anticipating 条件正是排除这种读心式环境,不等于假设损失随机或温和。

对自适应对手,比较向量 t 可能依赖过去随机历史,因此期望条件要逐轮处理;把所有损失当成预先固定后直接应用独立集中并不合法。条件无偏性与鞅集中都必须相对正确的历史过滤陈述,不能用一个脱离历史的固定样本方差替代。

随机 bandit 的固定均值和 gap 在这里不存在;把 Δi 分解或 IID 置信半径原样搬来,等于悄悄改变环境权限。反过来,允许对手依赖过去不等于允许它读取尚未实现的本轮随机动作,两个自适应层次必须分开。

推论与应用

EXP3的势函数与专家 Hedge 相似,但用 ^t,i 代替完整损失。无偏估计让一阶项恢复真实损失,二阶项则累积约 K 的方差代价,优化学习率后出现 O(TKlogK) 量级。相较全信息专家问题多出的 K,正是隐藏坐标的价格;若要高概率而非期望保证,还需显式探索或带偏估计来控制重尾。

参考资料
  • Peter Auer, Nicolò Cesa-Bianchi, Yoav Freund, and Robert E. Schapire, “The Nonstochastic Multiarmed Bandit Problem,” SIAM Journal on Computing 32(1), 2002, pp. 48–77.
  • Sébastien Bubeck and Nicolò Cesa-Bianchi, “Regret Analysis of Stochastic and Nonstochastic Multi-armed Bandit Problems,” Foundations and Trends in Machine Learning 5(1), 2012, pp. 1–122.
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