“欧氏投影版适合球或容易投影的凸集;概率单纯形等非欧氏几何通常由在线镜像下降用 Bregman 散度承接。若损失由 IID 样本依次产生,$O(\sqrt T)$ 遗憾还可通过Online t…”
形式陈述 ​
更新规则 ​
在线凸优化中,决策集
在线镜像下降使用显式更新
线性项要求沿负梯度移动,Bregman 项则按所选几何惩罚离开
一步不等式与遗憾推导 ​
最优性条件对任意比较器
结合 Bregman 三点恒等式,并把
强凸性给
若
直觉
普通梯度下降默认欧氏距离是“移动多远”的尺度,镜像下降让势函数选择问题自己的几何。梯度仍在对偶空间表达损失方向,Bregman 散度则把这一步拉回可行域;不同势函数因而会让同一线性反馈产生投影更新或乘法更新。
遗憾证明围绕一份到比较器的 Bregman 势能展开。每轮线性化损失由势能下降支付,无法完全支付的部分由梯度对偶范数与强凸性控制;求和后中间势能望远镜消失,只留下初始距离和累计梯度规模。
例子与边界
欧氏球与概率单纯形 ​
在欧氏空间取
在概率单纯形
即 exponentiated-gradient/乘法更新。以均匀
边界 ​
势函数必须与决策域匹配。负熵在零坐标处梯度发散,通常从相对内部初始化,并由乘法更新保持正坐标;若约束把解压到边界,需用次梯度/Legendre 型势函数的精确定义。Bregman 投影也未必有闭式,计算它的代价属于算法实现而非遗憾公式自动免除的部分。
强凸范数与梯度对偶范数必须成对:用
推论与应用
欧氏势函数恢复投影在线梯度下降,负熵势函数在单纯形上恢复 exponentiated gradient。前者由
若
参考资料
- Arkadi Nemirovski and David Yudin, Problem Complexity and Method Efficiency in Optimization, Wiley, 1983.
- Shai Shalev-Shwartz, “Online Learning and Online Convex Optimization,” Foundations and Trends in Machine Learning 4(2), 2012.