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模型Model

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。

形式陈述 ​

模型与信息顺序 ​

本模型是多臂赌博机模型中损失位于 [0,1]、环境受非预见条件约束的情形:在其部分反馈协议上,环境给出 ℓt∈[0,1]K,学习器从历史决定的分布 pt 抽取 It,只观察 ℓt,It。记 LT=∑tℓt,It、LT,i=∑tℓt,i,期望外部遗憾为

E[RegT]=E[LT−miniLT,i].

期望对算法及对手的全部随机性取。Oblivious 对手可预先固定损失表;non-anticipating 自适应对手可看历史,却不能先看本轮 It 再设置损失。随机表的事后最优臂也随机,因此还要区分固定比较器的伪遗憾

R¯T=maxiE[LT−LT,i]=ELT−miniELT,i≤E[RegT].

确定的 oblivious 损失表使两者相等,自适应或随机损失表则一般不同。这两种指标都在实际产生的损失表上比较,不是“若从第一轮改选另一臂,对手会产生哪张表”的 policy regret。

统一逐轮信息:Ft−1 表示过去,pt 对其可测,令 Gt=σ(Ft−1,pt,ℓt),要求 Pr(It=i∣Gt)=pt,i。定义 Et[⋅]=E[⋅∣Gt]。这个分析信息集包含尚未抽臂时已定的当前损失,不表示学习器能观察整行损失。

直觉

未见坐标通常用重要性加权

ℓ^t,i=ℓt,i1{It=i}pt,i

估计;在 pt,i>0 时,其关于 Gt 的条件期望等于 ℓt,i,但概率很小时方差很大。与随机 bandit不同,这里没有固定均值和 gap,不能使用 Δi 分解。缺失反馈会增加遗憾的维数代价,具体界还依赖算法与采用的遗憾指标。

无偏性可直接核验:条件于 Gt,

Etℓ^t,i=pt,iℓt,ipt,i+(1−pt,i)0=ℓt,i.

但二阶矩为 ℓt,i2/pt,i,概率越小方差越大;若 pt,i=0,估计器甚至无定义。正概率是这里的必要条件,均匀混合探索只是控制尾部的一种办法;这里的损失版 EXP3由正指数权重保证正概率,并不显式混合探索。

例子与边界

反应式对手为何使问题退化 ​

当 K≥2 时,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。算法累计损失为 T,而至少有某臂被选次数不超过 T/K,因此遗憾至少为 T(1−1/K)。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 ℓt 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的势函数与全信息专家问题中的 Hedge 相似,但用 ℓ^t,i 代替完整损失。其逐轮证明对非预见自适应对手控制 R¯T=O(TKlog⁡K);对确定的 oblivious 损失表,同一界也控制 E[RegT]。高概率或自适应环境下事后最优臂的期望保证需要进一步分析,不能直接交换最小值与期望。

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.
  • Tor Lattimore and Csaba Szepesvári, Bandit Algorithms, Cambridge University Press, 2020,§11.2、定理 11.2;§28.5 注 9 区分自适应对手下的两种期望指标。
关系图谱11 个相邻概念 · 4 类关系

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