形式陈述
一个规范结论
在指数权重与 Hedge公理库指数权重与 HedgeHedge algorithm · exponential weights在全信息有界损失下按累计损失指数加权,并取得平方根级专家 regret。框架中,存在参数自适应算法,例如 Squint,使对任意先验 和任意专家 ,同时有
其中 是普适常数。均匀先验时 。文献中的精确算法和低阶项各异,本页选择这一代表结构:对所有比较专家同时成立,主项由该专家自己的 控制,并且无需预知它。
若只用一个固定学习率 ,基础二阶分析通常先给
前提是 落在指数不等式允许的范围。知道 后优化 就得到平方根形式;Squint 对学习率再做混合,避免事先知道每位专家的二阶量。
势函数中的二次修正
经典指数权重使用 ,并用一阶加二阶项控制指数:在合适范围内
若给专家权重乘上
二次项正好抑制过大的乐观累计。对专家求和的势函数不会爆炸,再与单个专家的权重下界比较,就得到“描述代价除以学习率,加学习率乘二阶量”的权衡。
这里的 不是随机变量损失本身的总体方差公理库方差Variance随机变量相对其均值的平方偏差期望,也是最佳常数平方预测的剩余误差。,而是沿着实际在线序列观察到的相对损失平方和。环境可以完全确定、甚至对抗,公式仍有意义。
直觉
为什么看二阶量
Hedge 的经典界把每轮损失范围都按最坏情况计费,最终得到 。若所有专家在多数轮给出几乎相同的损失,学习器其实没有付出多少选择代价; 却仍把这些无争议轮完整计入。二阶界改用观察到的损失差平方,让有信息的分歧轮而非日历长度主导复杂度。
每轮记混合损失
以及相对差
相对专家 的遗憾是 ,二阶量为
会在学习器与该专家表现接近时保持很小,即使 很大。
例子与边界
一个容易序列
假设所有专家每轮损失都落在某个共同值的 邻域。无论轮数多大,,所以 。二阶主项比最坏界缩小约三个数量级;这准确反映“专家虽多,但意见几乎一样”。
相反,若每轮有专家损失 、另一些损失 ,且领先者不断变化, 可与 同阶,结论便自然退回 。二阶界没有承诺在真正困难的序列上突破 minimax 下界。
边界
二阶保证仍相对固定专家。环境发生制度切换时,某个固定专家的 小不代表动态比较器表现好,应转向漂移比较器公理库自适应遗憾与漂移比较器Adaptive regret · Shifting regret · Dynamic regret · 漂移遗憾把固定比较器遗憾扩展到切换序列、任意时间区间和逐轮最优动作,并用切换数或路径长度限制基准强度。。部分反馈下无法观察所有 ,还需要重要性加权估计,方差可能因小抽样概率放大。
推论与应用
与 small-loss 界的关系
因为 可由学习器损失和专家损失控制,二阶界常推出依赖最佳专家累计损失 的 small-loss bound,例如主项近似 。但从哪个二阶量推到哪个 small-loss 形式需要损失范围和代数不等式;二者不应直接当同义术语。
AdaHedge 通过 mixability gap 自调学习率,Squint 通过对学习率积分得到专家逐一二阶界。它们共享目标但机制不同。本页保留一个规范定理,不并列堆砌算法名;若实现具体算法,应以所引用论文的更新式和常数为准。比较器允许随时间变化时,则应转向自适应遗憾与漂移比较器公理库自适应遗憾与漂移比较器Adaptive regret · Shifting regret · Dynamic regret · 漂移遗憾把固定比较器遗憾扩展到切换序列、任意时间区间和逐轮最优动作,并用切换数或路径长度限制基准强度。,而不是继续套固定专家的二阶量。
参考资料
- Nicolò Cesa-Bianchi, Yishay Mansour, and Gilles Stoltz, “Improved Second-Order Bounds for Prediction with Expert Advice,” Machine Learning, 2007.
- Wouter Koolen and Tim van Erven, “Second-Order Quantile Methods for Experts and Combinatorial Games,” COLT, 2015.
- Steven de Rooij et al., “Follow the Leader If You Can, Hedge If You Must,” JMLR, 2014.