A Two-Timescale Stochastic Algorithm Framework for Bilevel Optimization: Complexity Analysis and Application to Actor-Critic

双层优化 数学优化 数学 最优化问题 趋同(经济学) 随机优化 功能(生物学) 凸优化 正多边形 凸函数 静止点 算法 数学分析 几何学 进化生物学 经济 生物 经济增长
作者
Hong Mei,Hoi-To Wai,Zhaoran Wang,Zhuoran Yang
出处
期刊:Siam Journal on Optimization [Society for Industrial and Applied Mathematics]
卷期号:33 (1): 147-180 被引量:4
标识
DOI:10.1137/20m1387341
摘要

This paper analyzes a two-timescale stochastic algorithm framework for bilevel optimization. Bilevel optimization is a class of problems which exhibits a two-level structure, and its goal is to minimize an outer objective function with variables which are constrained to be the optimal solution to an (inner) optimization problem. We consider the case when the inner problem is unconstrained and strongly convex, while the outer problem is constrained and has a smooth objective function. We propose a two-timescale stochastic approximation (TTSA) algorithm for tackling such a bilevel problem. In the algorithm, a stochastic gradient update with a larger step size is used for the inner problem, while a projected stochastic gradient update with a smaller step size is used for the outer problem. We analyze the convergence rates for the TTSA algorithm under various settings: when the outer problem is strongly convex (resp. weakly convex), the TTSA algorithm finds an -optimal (resp. -stationary) solution, where is the total iteration number. As an application, we show that a two-timescale natural actor-critic proximal policy optimization algorithm can be viewed as a special case of our TTSA framework. Importantly, the natural actor-critic algorithm is shown to converge at a rate of in terms of the gap in expected discounted reward compared to a global optimal policy.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
ting完成签到,获得积分10
1秒前
Sylvia卉发布了新的文献求助10
3秒前
汉堡包应助June采纳,获得10
3秒前
yy完成签到,获得积分10
3秒前
一投就中发布了新的文献求助10
4秒前
拼搏蜻蜓完成签到 ,获得积分10
5秒前
5秒前
6秒前
6秒前
7秒前
7秒前
zeyuan完成签到,获得积分10
9秒前
果冻发布了新的文献求助50
9秒前
勤奋曼雁完成签到,获得积分10
10秒前
逗逗豆芽发布了新的文献求助10
10秒前
11秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
11秒前
zotero完成签到,获得积分10
11秒前
123完成签到,获得积分10
12秒前
123123发布了新的文献求助10
13秒前
正直凌文发布了新的文献求助10
13秒前
jiangnan完成签到,获得积分10
15秒前
Chenshiyao完成签到 ,获得积分10
15秒前
16秒前
柔甲完成签到,获得积分10
16秒前
17秒前
科研通AI6应助一投就中采纳,获得10
17秒前
刘JX完成签到,获得积分10
18秒前
深情安青应助保藏采纳,获得10
18秒前
简单糜完成签到,获得积分10
19秒前
19秒前
19秒前
WZY16666完成签到,获得积分10
20秒前
xiaoshuwang发布了新的文献求助10
21秒前
大龙哥886应助hui采纳,获得10
22秒前
帅玉玉完成签到,获得积分10
22秒前
淡然的含卉应助刘JX采纳,获得10
23秒前
123发布了新的文献求助10
23秒前
拼搏千风完成签到,获得积分10
23秒前
24秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Edition 8000
Comprehensive Methanol Science Production, Applications, and Emerging Technologies 2000
Building Quantum Computers 800
Translanguaging in Action in English-Medium Classrooms: A Resource Book for Teachers 700
二氧化碳加氢催化剂——结构设计与反应机制研究 660
碳中和关键技术丛书--二氧化碳加氢 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5660180
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4831795
关于积分的说明 15089378
捐赠科研通 4818785
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2578783
邀请新用户注册赠送积分活动 1533379
关于科研通互助平台的介绍 1492124