“考虑专家建议问题中 $N\ge2$ 个专家、$T$ 轮完整信息预测。每轮学习器选择分布 $p t\in\Delta N$,随后观察损失向量 $\ell t\in[0,1]^N$,并承担 $\…”
形式陈述 ​
在在线学习协议中,给定动作
比较器是回看完整序列后挑出的最好固定动作,但算法必须逐轮因果行动。No-regret 指
若算法随机,可讨论实现值、期望遗憾或高概率遗憾。随机 bandit 的伪遗憾先对奖励取期望再与均值最优臂比较,与单条样本路径遗憾并非恒等。动态遗憾允许比较器随时间变化,若不限制变化总量,逐轮 oracle 可使任何算法显得线性差。
直觉
遗憾把整段序列压成一场赛后对账:算法必须在信息逐轮到达时行动,比较器却可以看完整段序列后从预先声明的集合中挑最好者。这个“事后挑、但只能在固定集合里挑”的不对称既让基准有解释力,又避免它强到每轮都预知答案。
遗憾是加性差,不是近似比或竞争比;“
No-regret 的含义是平均差距消失,而不是累计损失趋零,也不是最后一次动作收敛。算法完全可能和一个很差的最好比较器一起承受巨大绝对损失;它保证的是没有长期落后于这个参照类,而不是保证环境本身容易预测。
例子与边界
固定专家与动态 oracle ​
设两位专家在十轮中的累计损失分别为 3 和 7,算法累计损失为 4,则相对最好固定专家的遗憾为
bandit 中的两层期望 ​
随机 bandit 中还有两层期望。伪遗憾用臂的均值比较,期望 realized regret 则把同一奖励表上事后最好臂作为随机基准;有限时域下二者可不同。写“expected regret”时应明确期望对算法、奖励和可能的随机对手分别取在哪里。
负遗憾与更强比较器 ​
遗憾还可能为负:算法能随历史切换,某条序列上可能胜过事后最好固定动作。No-regret 要求的是上界而非非负性。若想保证对每个区间或每个切换次数受限的比较器都好,需要 strongly adaptive 或 shifting regret,并为比较器的额外自由支付复杂度。
推论与应用
从总遗憾到平均表现只需除以
当
遗憾界还可通过在线到批转换产生随机样本下的风险保证。转换不是字面上把
参考资料
- Nicolò Cesa-Bianchi and Gábor Lugosi, Prediction, Learning, and Games, Cambridge University Press, 2006.
- 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.