Graph Balancing for Distributed Subgradient Methods over Directed Graphs
我们考虑一个多智能体最优化问题,其中一组智能体共同解决一个全局最优化问题,其目标函数由局部已知凸函数之和给出。我们专注于当代理之间的信息交换发生在一个有向网络的情况下,并提出了一个分布式的次梯度法,其中每个代理进行本地处理的基础上,从他的传入邻居的信息。我们的算法使用权重平衡来克服由有向通信网络引起的不对称性,即,代理用动态更新的权重来缩放它们的输出信息,所述动态更新的权重收敛到图的平衡权重。我们表明,目标函数值和共识违反,在遍历平均的算法产生的估计,收敛率$O(\frac{\log T}{\sqrt{T}})$,其中$T$是迭代次数。我们的算法的一个特例提供了一个新的分布式方法来计算平均共识有向图。
2016-03-10 math.OC
Distributed saddle-point subgradient algorithms with Laplacian averaging
我们提出了分布式次梯度方法的最小最大问题的协议约束的一个子集的论点的凸和凹的部分。应用包括约束最小化问题,其中每个约束是代理的局部变量中的凸函数的和。在后一种情况下,该算法减少到原始-对偶更新使用局部次梯度和拉普拉斯平均的本地副本的乘数相关联的全球约束。对于一般的凹凸鞍点问题,我们的分析建立了局部估计的运行时间平均值在通信有向图的周期连通性下收敛到一个鞍点.具体地说,选择梯度步长在一个合适的方式,我们表明,评估误差是成正比的$1/\sqrt{t}$,其中$t$是迭代步骤。我们说明了我们的结果在模拟的优化方案与非线性约束耦合的代理,不能直接沟通的决定。
2016-05-24 math.OC
A unified framework for distributed optimization algorithms over time-varying directed graphs
在本文中,我们提出了一个框架下,分散的优化算法建议在\cite{JKJJ,MA, NO,NO2}可以被视为在一个统一的方式。更准确地说,我们表明,分布式次梯度下降算法\cite{JKJJ, NO},次梯度推算法\cite{NO2},和分布式算法与行随机阵\cite{MA}可以通过适当的选择一致性矩阵,步长和次梯度从分散次梯度下降提出的\cite{NO}。作为这样的统一理解的结果,我们提供了一个收敛性证明,涵盖了算法在\cite{JKJJ,MA, NO,NO2}下一个新的代数条件,严格弱于传统的图论条件在\cite{NO}。这种统一也使我们能够得到一个新的分布式优化方案。
2021-08-04 math.OC
Distributed Subgradient Projection Algorithm over Directed Graphs: Alternate Proof
本文提出了一种基于多智能体网络的有向分布投影次梯度算法(Directed-Distributed Projected Subgradient,D-DPS)来求解一个约束最优化问题,其中智能体的目标是共同最小化局部已知凸函数的和.网络中的每个代理只拥有其本地目标函数,约束到一个众所周知的凸集。我们专注于代理之间的通信时所描述的\emph{directed}网络的情况。D-DPS结合了剩余的一致性,以克服由有向通信网络引起的不对称性。分析表明收敛速度为$O(\frac{\ln k}{\sqrt{k}})$。
2017-06-21 math.OC
An Analysis Tool for Push-Sum Based Distributed Optimization
本文为Push-Sum算法建立显式绝对概率序列并构造二次Lyapunov函数,据此改进subgradient-push和stochastic gradient-push的收敛速率分析,证明其达到与集中式方法相同的最优速率,并提出一种异构次梯度算法统一两种Push-Sum变体。
2023-04-19 math.OC
Privacy Preservation in Distributed Subgradient Optimization Algorithms
隐私保护在数据采掘和机器学习中正成为一个越来越重要的问题。在本文中,我们考虑分布式次梯度优化算法的隐私保护功能。我们首先表明,一个著名的分布式次梯度同步优化算法,其中所有的代理,使他们的优化更新同时在任何时候,是不是隐私保护的意义上说,恶意代理可以学习其他代理的次梯度渐近。然后,我们提出了一个分布式次梯度投影异步优化算法,而不依赖于任何现有的隐私保护技术,代理之间可以直接交换数据的邻居。与同步算法相比,在新的异步算法中,代理异步地进行优化更新。通过引入投影操作和异步优化机制,保证了异步优化算法的隐私保护性。此外,我们还建立了新提出的算法的最优收敛性。所提出的隐私保护技术为开发其他隐私保护分布式优化算法提供了借鉴。
2015-12-30 cs.DC math.OC
Distributed Stochastic Subgradient Projection Algorithms for Convex Optimization
我们考虑一个分布式多智能体网络系统,其目标是最小化受一个共同的凸约束集的代理的凸目标函数的总和。每个代理维护一个重复序列,并将迭代传递给它的邻居。然后,每个代理将接收到的迭代的加权平均值与其自己的迭代次数相结合,并通过使用其自己的函数的次梯度信息(已知具有随机误差)和通过投影到约束集上来调整迭代次数。本文的目的是探讨随机次梯度误差对算法收敛性的影响。我们首先考虑算法的平均行为,然后以概率1和均方收敛。我们认为一般的随机误差,有一致有界的二阶矩,并获得的限制性能的算法,平均递减和非递减步长的界限。当误差的平均值减小时,我们证明了代理之间存在平均共识,并且平均收敛到最优函数值以减小步长。当平均误差足够快地减小时,我们将结果加强到一致性,并且迭代以概率1和均方收敛到最优解。
2008-11-16 math.OC
Optimal Distributed Stochastic Mirror Descent for Strongly Convex Optimization
本文研究时变多智能体网络上带约束集的非欧意义下随机强凸优化的收敛速度问题。我们提出了两个有效的非欧随机次梯度下降算法的基础上的Bregman分歧作为距离测量功能,而不是由标准的分布式随机投影次梯度法采用的欧几里德距离。对于非光滑和强凸函数的分布式优化,其唯一的随机次梯度是可用的,第一个算法恢复的最好的以前已知的速度为O(ln(T)/T)(其中T是总的迭代次数)。第二个算法是第一个算法的一个历元变体,它达到O(1/T)的最佳收敛速度,与先前已知的最佳集中式随机次梯度法相匹配。最后,我们报告一些模拟结果来说明所提出的算法。
2018-08-22 math.OC
Almost Sure Convergence of Random Projected Proximal and Subgradient Algorithms for Distributed Nonsmooth Convex Optimization
描述了两种分布式算法,使所有用户连接在一个网络上,以合作解决的问题,最小化的总和,所有用户的目标函数在所有用户的约束集的交集,其中每个用户有自己的私人非光滑凸目标函数和封闭的凸约束集,这是一些简单的,封闭的凸集的交集。一种算法使每个用户能够通过使用其目标函数的邻近算子和从简单的闭凸集中随机选择的一个集合上的度量投影来调整其估计。另一种是分布式随机投影算法,该算法通过使用用户的目标函数的次梯度而不是邻近算子来确定每个用户的估计。对这两种算法收敛性的研究表明,在一定的假设条件下,这两种算法所产生的所有用户的序列几乎必然收敛到同一个解。此外,对两种算法的收敛速度进行了分析,并讨论了使两种算法具有快速收敛性的步长序列的理想选择。具体的非光滑凸优化的数值比较支持了收敛性分析,并证明了两种算法的有效性。
2015-10-24 math.OC
Primal-dual $\varepsilon$-Subgradient Method for Distributed Optimization
研究了目标函数不可微且受异构集合约束的分布式最优化问题。与现有的次梯度方法不同,我们专注于当局部目标函数的精确次梯度不能被代理访问的情况。为了解决这个问题,我们提出了一个投影原始对偶动力学只使用目标函数的近似次梯度。我们首先证明,制定的最优化问题通常可以解决的错误取决于可用的次梯度的准确性。然后,我们证明了这个分布式最优化问题的精确可解性时,不精确次梯度的累积逼近误差是不是太大。在此基础上,我们还提出了一种新的分量归一化变量,以改善收敛序列的瞬时性态。数值算例验证了算法的有效性。
2021-11-20 cs.SY eess.SY math.OC
Fast Convergence Rates of Distributed Subgradient Methods with Adaptive Quantization
我们研究网络上的分布式最优化问题,当节点之间的通信受到限制时,节点之间交换的信息必须量化。最近的进展,使用分布式梯度算法与量化方案在一个固定的分辨率已经建立了收敛,但在速度显着低于当通信是非量化的。在本文中,我们介绍了一种新的量化方法,我们称之为自适应量化,使我们能够匹配的收敛速度下完美的通信。我们的方法随着算法的进展调整每个节点使用的量化方案:随着我们接近解决方案,我们变得更加确定状态变量的位置,并相应地调整量化器码本。我们绑定的收敛速度的通信带宽的函数,底层的网络拓扑结构,和结构特性的组成目标函数的方法。特别是,我们表明,如果目标函数是凸的或强凸的,那么使用自适应量化不影响的收敛速率的分布式次梯度方法时,通信被量化,除了一个常数,取决于量化器的分辨率。据我们所知,在本文中实现的速率优于任何现有的工作在文献中的分布式梯度法在有限的通信带宽。我们还提供了数值模拟,比较收敛性能的分布式梯度法和不量化的二次和绝对损失函数的分布式回归问题。
2019-05-11 math.OC
Distributed Subgradient-based Multi-agent Optimization with More General Step Sizes
一个更广泛的选择步长的分布式次梯度法多智能体最优化问题,为时不变和时变通信拓扑结构进行了探索。删除了文献中常用的步长的平方和要求。仅要求步长为正、为零且不可和。证明了在无约束和有约束的最优化问题中,智能体的估计达到共识,并收敛到最优解与更一般的选择步长。这个想法是为了表明,代理人的估计值的加权平均值接近最优解,但采用不同的方法。在无约束条件下,通过分析加权平均值到最优解的距离变化,证明了加权平均值任意接近于最优解,从而证明了代理估计的加权平均值的最优收敛性.在有约束的情况下,这是通过分析从代理的估计到最优解的距离变化并利用约束的有界性来实现的。然后,由于在两种情况下都达成了共识,因此代理人估计的最佳收敛随之而来。这些结果对强连通时不变图和联合强连通的时变平衡图都是有效的。
2016-01-30 math.OC
On Distributed Non-convex Optimization: Projected Subgradient Method For Weakly Convex Problems in Networks
Texas A&M University(德克萨斯农工大学)
随机次梯度法是一种广泛应用于解决机器学习中大规模最优化问题的算法。通常这些问题既不光滑也不凸。最近,Davis等人。[1-2]描述了弱凸情况下随机次梯度方法的收敛性,其中包括许多重要应用(例如,鲁棒相位恢复、盲去卷积、双凸压缩感测和字典学习)。在实践中,分布式实现的投影随机次梯度法(stoDPSM)被用来加快风险最小化。在本文中,我们提出了一个分布式实现的随机次梯度方法的理论保证。具体而言,我们展示了整体收敛的stoDPSM使用莫罗包络平稳性措施。此外,在一个所谓的锐度条件下,我们表明,确定性DPSM(与适当的初始化)线性收敛到尖锐的最小值,使用几何递减的步长。我们提供了数值实验来支持我们的理论分析。
2021-02-23 cs.LG math.OC stat.ML
Convergence Properties of the Distributed Projected Subgradient Algorithm over General Graphs
在本文中,我们重新审视了一个著名的分布式投影次梯度法,其目的是最小化的费用函数与一个共同的集合约束的总和。与现有的大多数结果相比,时变多智能体网络的权矩阵被假设为更一般,即,它们只需要是行随机的而不是双随机的。重点分析了该算法在一般图下的收敛性。我们首先表明,一般存在一个图序列,使算法是不收敛的,当网络切换自由在许多一般图。然后,为了保证该算法在任意一致联合强连通一般图序列下的收敛性,我们给出了一个充要条件,即,所有局部最优化问题的最优解集的交集不为空。此外,我们还惊奇地发现,对于任意周期切换的一般图序列,该算法都是收敛的,并且收敛解最小化局部费用函数的加权和,其中权值依赖于底层周期切换图的某些乘积矩阵的Perron向量.最后,我们考虑了一个稍微更广泛的类的准周期切换图序列,并表明该算法是收敛的任何准周期图序列的当且仅当网络之间的切换只有两个图。
2021-04-28 math.OC
Asymptotic Network Independence and Step-Size for A Distributed Subgradient Method
我们考虑分布式次梯度方法是否可以实现线性加速比集中式次梯度方法。虽然可能希望与单个节点相比能够并行计算$n$倍的子梯度的$n$节点的分布式网络可能因此快$n$倍,但是分布式最优化方法的现有界限与单个节点相比通常与减速而不是加速一致。我们发现,分布式次梯度法具有这种“线性加速”属性时,使用一类平方可求和,但不可求和的步长,其中包括$1/t^β$时,$β\in (1/2,1)$ ;对于这样的步长,我们表明,经过一个短暂的时期,其大小取决于网络的频谱间隙,该方法实现了性能保证,不依赖于网络或节点的数量。我们还表明,同样的方法可以不具有这种“渐近网络独立性”的最佳衰减步长$1/\sqrt{t}$下的属性,因此,可以不提供一个线性加速相比,一个单一的节点与$1/\sqrt{t}$步长。
2020-07-25 cs.SY eess.SY math.OC
Quantized and Distributed Subgradient Optimization Method with Malicious Attack
本文考虑了一个多智能体系统中的分布式最优化问题,其中一部分智能体以对抗的方式行动。具体而言,恶意代理通过向其邻居发送虚假信息来引导代理网络远离最优解,并且在通信过程中消耗大量带宽。我们提出了一个分布式的基于梯度的优化算法,其中的非恶意代理相互交换量化的信息。我们证明了收敛的解决方案的最优解的一个邻域,并在通信受限的环境和恶意代理的存在下得到的解决方案的特点。数值模拟,以说明结果。
2022-06-05 cs.SY eess.SY math.OC
Subgradient averaging for multi-agent optimisation with different constraint sets
我们考虑一个多代理设置与代理交换信息的可能随时间变化的网络,旨在最小化一个可分离的目标函数的约束。为了实现这一目标,我们提出了一种新的次梯度平均算法,允许不可微的目标函数和每个代理不同的约束集。允许不同的约束每个代理同时与时变通信网络构成了我们的方法的一个显着特点,扩展现有的分布式次梯度方法的结果。为了突出处理不同的约束集内的分布式优化上下文的必要性,我们分析了一个问题的实例,其中现有的算法不表现出收敛的行为,如果适应于考虑不同的约束集。对于我们提出的迭代方案,我们显示了渐近收敛的迭代到最小的基本优化问题的步长的形式$ \fracη{k+1} $,$ η> 0 $。在$ \fracη{\sqrt{k+1}} $,$ η> 0 $的步长选择下分析了该方案,并建立了$ \mathcal{O}(\frac{\ln k}{\sqrt{k}}) $在目标值上的收敛速度.为了证明所提出的方法的有效性,我们调查了一个强大的回归问题和$ \ell_2 $回归问题与正则化。
2020-11-19 math.OC
Graph-Dependent Implicit Regularisation for Distributed Stochastic Subgradient Descent
University of Oxford(牛津大学)
我们提出了基于图的隐式正则化策略,用于多智能体学习中凸问题的分布式随机次梯度下降(Distributed SGD)。在凸性、Lipschitz连续性和平滑性的标准假设下,我们建立了统计学习率,该学习率保留了对数项,通过隐式正则化(步长调整和早期停止)对图形拓扑结构的适当依赖,集中了统计保证。我们的方法避免了去中心化学习问题中明确正则化的需要,例如对经验风险最小化规则添加约束。特别是对于分布式方法,隐式正则化的使用允许算法保持简单,没有投影或对偶方法。为了证明我们的结果,我们建立了与集中式设置相匹配的分布式SGD的图形独立的泛化边界(使用算法稳定性),并且我们建立了独立感兴趣的图形依赖的优化边界。我们提出的数值实验表明,我们得到的上界的定性性质可以代表真实的行为。
2018-09-18 cs.LG math.OC stat.ML
Distributed Multi-Agent Optimization with State-Dependent Communication
本文研究了求解全局最优化问题的分布式算法,其中目标函数是多个智能体的局部目标函数之和,约束集是多个智能体的局部约束集的交集。我们假设每个代理只知道自己的本地目标函数和约束集,并交换信息与其他代理在一个随机变化的网络拓扑结构,以更新他的信息状态。我们假设一个依赖于状态的通信模型在这个拓扑结构:通信是马尔可夫相对于代理的状态和可用的链接的概率取决于代理的状态。本文研究了状态依赖通信下的投影多智能体次梯度法。该算法涉及每个代理执行一个本地平均,以结合他的估计与其他代理的估计,采取次梯度步骤沿他的本地目标函数,并投影在他的本地约束集的估计。通信的状态依赖性带来了重大挑战,并将信息交换的研究与次梯度步骤和投影误差的分析结合起来。我们首先表明,多智能体次梯度法当使用一个恒定的步长时,可能会导致代理估计发散概率1。在步长序列的一些假设下,我们提供了代理估计之间的“不一致度量”的收敛速度界。我们的边界是时间非齐次的,因为它们依赖于初始开始时间。尽管如此,我们表明,代理估计达到几乎必然的共识,并收敛到相同的最优解的全局最优化问题的概率在不同的假设下的局部约束集和步长序列。
2010-04-06 math.OC
Asynchronous Distributed Optimization via Dual Decomposition and Block Coordinate Subgradient Methods
我们研究的问题,潜在的不可微的凸费用函数部分重叠的依赖关系,在异步的方式,在网络中的通信是不协调的总和最小化。我们研究了基于对偶分解和块坐标次梯度方法的异步算法的行为,假设弱于文献中所使用的。同时,我们允许不同的代理使用本地步长,而无需全局协调。充分条件提供了几乎必然收敛的最优化问题的解决方案。在额外的假设下,我们建立了一个次线性收敛速率,如果问题是强凸的且具有Lipschitz梯度,则该次线性收敛速度可以被加强为线性收敛速率.我们还扩展了文献中的结果,允许多个和潜在的重叠块被更新在同一时间与非均匀和潜在的时变概率分配给不同的块。数值算例表明了算法的有效性。
2021-02-16 cs.SY eess.SY math.OC
On distributed convex optimization under inequality and equality constraints via primal-dual subgradient methods
University of California, San Diego(加利福尼亚大学圣地亚哥分校)
针对带全局不等式、等式及集合约束的多智能体凸优化问题,提出两种分布式原始-对偶次梯度算法,利用拉格朗日函数和惩罚函数的鞍点特性,在时变拓扑网络下实现渐近一致最优解与最优值。
2011-05-11 cs.SY eess.SY math.OC
An approximate dual subgradient algorithm for multi-agent non-convex optimization
我们考虑一个多智能体最优化问题的代理受到当地的,间歇性的相互作用的目的是最小化的总和,当地的目标函数受到一个全球性的不等式约束和全球性的状态约束集。与以前的工作相比,我们不要求目标,约束函数和状态约束集是凸的。为了处理满足标准连通性假设的时变网络拓扑,我们采用一致性算法技术和拉格朗日对偶方法。我们稍微放松了对精确一致性的要求,并提出了一个分布式近似对偶次梯度法,使代理渐近收敛到一对原始-对偶解的近似问题。为了保证收敛性,我们假设Slater条件满足,并且对偶极限的最优解集是单点的。我们实现了我们的算法的源定位问题,并与现有的算法的性能进行比较。
2012-10-08 math.OC
Distributed optimization over time-varying directed graphs
University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校)
针对时变有向通信图上的分布式优化问题,提出基于广播的次梯度推送算法,在次梯度有界假设下实现所有节点收敛到最优值,收敛率为O(ln(t)/√t)。
2014-03-16 cs.DC cs.SY eess.SY
Distributed Dual Subgradient Methods with Averaging and Applications to Grid Optimization
研究分布式对偶次梯度方法在凸约束多智能体优化中的有限时间性能,将收敛速率改进至 $\Ocal(1/\sqrt{T})$,并在三个电网优化问题上验证了其有效性。
2023-07-27 cs.SY eess.SY math.OC
Primal Recovery from Consensus-Based Dual Decomposition for Distributed Convex Optimization
对偶分解已成功地应用于各种分布式凸优化问题,这些问题由计算和通信节点组成的网络来解决。通常,当费用函数是可分离的,但约束是耦合的,对偶分解方案涉及本地并行次梯度计算和全局次梯度更新执行的主节点。在本文中,我们提出了一个基于共识的对偶分解,以消除需要这样的主节点,仍然使计算节点生成一个近似的对偶解的基础凸优化问题。此外,我们提供了一个原始的恢复机制,让节点有机会接近接近最优的原始解决方案。我们的计划是基于一个恒定的步长选择和对偶和原始目标的收敛实现了一个有界的错误地板依赖于步长和节点之间的共识步骤的数量。
2015-03-26 math.OC
Distributed Online Optimization with Coupled Inequality Constraints over Unbalanced Directed Networks
本文提出DUST算法,解决非平衡有向网络上带耦合约束的分布式在线凸优化,实现次线性动态遗憾和约束违规,并在电动汽车充电仿真中验证优越性。
2023-09-04 math.OC
A proximal subgradient algorithm with extrapolation for structured nonconvex nonsmooth problems
本文针对一类结构化非凸非光滑优化问题,提出一种带外推的近端次梯度算法,证明其子序列收敛及在KL性质下的全局收敛性,并通过非凸正则化最小二乘和含分布式能源的最优潮流实验验证了算法性能。
2023-03-19 math.OC
Distributed Stochastic Nonsmooth Nonconvex Optimization
分布式一致性优化近年来受到了相当大的关注,已经提出了几个分布式的共识为基础的算法(非光滑)凸和(光滑)非凸目标函数。然而,这些分布式算法对{ \it非凸,非光滑和随机}目标函数的行为是不理解的。这类函数和分布式设置的动机是几个应用程序,包括机器学习和信号处理中的问题。本文提出了第一次收敛性分析的分散随机次梯度方法的这类问题,在网络建模为无向,固定,图。
2019-11-03 math.OC
An Iterative Regularized Incremental Projected Subgradient Method for a Class of Bilevel Optimization Problems
研究了一类双层凸优化问题,其目标是在下层最优化问题的所有最优解集合中寻找上层目标函数的最小值.凸优化中的许多问题都可以用这个类来表示。一个重要的例子是最优化问题是不适定的情况。在本文中,我们的兴趣在于解决的双层问题,其中的低层目标是作为一个有限的单独的不可微的凸分量函数的总和。这是分布式优化中的各种应用的情况,例如机器学习和神经网络中的大规模数据处理。据我们所知,这类两层问题,在较低的水平有限和,以前没有得到解决。出于这一差距,我们开发了一个迭代正则化增量次梯度方法,其中代理使用正则化次梯度以循环方式更新迭代。在适当选择正则化参数序列的情况下,我们证明了算法的收敛性,并对任意小的$ε>0$,得到了关于低层目标函数的$\mathcal{O} \left({1}/k^{0.5-ε}\right)$的速率.我们提出了一个二进制文本分类问题的算法的性能。
2018-09-26 math.OC
Exponentially Convergent Algorithm Design for Constrained Distributed Optimization via Non-smooth Approach
我们考虑最小化的非光滑目标函数的集合约束的分布式方式的总和。针对这一问题,我们首次提出了一种具有指数收敛速度的分布式算法。通过精确惩罚法,我们将该问题等价地转化为一个没有共识约束的标准分布式问题。然后利用微分包含设计了一个分布式投影次梯度法。此外,我们证明了算法收敛到最优解的强凸目标函数指数。
2020-01-03 math.OC
Distributed Nonsmooth Optimization with Coupled Inequality Constraints via Modified Lagrangian Function
本技术说明考虑了一个具有非光滑费用函数和耦合非线性不等式约束的分布式凸优化问题。为了解决这个问题,我们首先提出了一个修改的拉格朗日函数包含局部乘子和一个非光滑的罚函数。然后,我们构造了一个分布式连续时间算法凭借投影原始对偶次梯度动力学。基于非光滑分析和李雅普诺夫函数,我们得到了非光滑算法解的存在性和收敛性。
2017-05-07 math.OC
Equitable dynamic electricity pricing via implicitly constrained dual and subgradient methods
针对现有节点电价未必公平的问题,本研究提出纳入公平性的每日动态节点定价方案,设计两种隐式约束相关算法,其性能较分时定价至少提升45%,可为电网公平定价提供支撑。
2023-10-06 math.OC
Distributed Convex Optimization With Coupling Constraints Over Time-Varying Directed Graphs
研究了时变多智能体网络上的分布式凸优化问题,其中每个智能体都有自己的决策变量,这些决策变量的设置应使其个体目标最小化,且受局部约束和全局耦合等式约束.在有向图上,提出了一种将推和协议与对偶次梯度方法相结合的分布式算法。在凸性假设下,首先建立了原始变量、对偶变量和约束违反的最优性。然后给出了算法的显式收敛速度。最后,通过对经济调度问题的数值实验,验证了算法的有效性。
2018-05-21 math.OC
Mass-spring-damper Networks for Distributed Optimization in Non-Euclidean Spaces
考虑非欧几里得空间中非光滑凸函数之和的极小化问题,例如,概率单纯形,仅通过无向图上的局部计算和通信。我们提出了两个算法的质量弹簧阻尼动力学。第一个算法使用了一个明确的更新,只计算次梯度和Bregman投影,并匹配集中镜像下降的收敛行为。第二种算法使用隐式更新,在每次迭代中解决惩罚子问题,并实现\(\mathcal{O}(1/K)\)的迭代复杂度。最后通过数值算例对结果进行了验证。
2019-08-21 math.OC
Distributed Optimization over Directed Graphs with Row Stochasticity and Constraint Regularity
本文讨论了一个多Agent网络上的最优化问题,其中代价函数是多Agent个体目标之和,约束集是局部约束的交集。大多数现有的方法采用次梯度和共识步骤来解决这个问题,要求与网络相关联的权重矩阵是列随机的,甚至是双随机的,这些条件在有向网络中很难安排。此外,已知的分布式次梯度方法的收敛性分析取决于问题是无约束的还是有约束的,以及局部约束集是相同的还是不相同的和紧凑的。本文的主要目标是:(i)删除公共列随机性要求;(ii)放松紧性假设;(iii)提供一个统一的收敛性分析。具体地说,假设通信图是固定的、强连通的,权矩阵(仅)是行随机的,对于凸的、Lipschitz连续的费用函数,给出了一种分布式投影次梯度法及其变形.基于局部约束集的正则性假设,给出了一个统一的收敛性分析,该分析既适用于无约束问题,也适用于有约束问题,且不需要假设约束集是紧的,也不需要假设约束集相交处有内点.此外,我们还建立了一个上界的绝对客观误差评估在每个代理的可用的本地估计下的非递增步长序列。这个界允许我们分析两种算法的收敛速度。
2018-06-19 cs.DC math.OC
Implementation of an Oracle-Structured Bundle Method for Distributed Optimization
针对智能体函数仅能通过次梯度预言机访问、公共函数可用凸优化DSL表述的分布式凸优化问题,本文整合束类算法技术提出了一种可靠、少调参、收敛快的方法,并开源了实现代码。
2023-07-20 math.OC
On the O(1/k) Convergence of Asynchronous Distributed Alternating Direction Method of Multipliers
我们考虑一个网络的代理,合作解决一个全球性的最优化问题,其中的目标函数是私人已知的本地目标函数的代理和决策变量通过线性约束耦合的总和。最近的文献集中在这种配方的特殊情况下,并研究了他们的分布式解决方案,通过次梯度为基础的方法与O(1/sqrt(k))的收敛速率(其中k是迭代次数)或交替方向法的乘法器(ADMM)为基础的方法,这需要一个同步的实现和全球已知的代理顺序。在本文中,我们提出了一种新的异步ADMM为基础的分布式方法的一般配方,并表明它的收敛速度为O(1/k)。
2013-07-31 math.OC
Incremental Gradient, Subgradient, and Proximal Methods for Convex Optimization: A Survey
本文综述了用于最小化大量凸函数和的递增方法,提出了一种统一框架,涵盖梯度、次梯度及新近端方法,分析了收敛性和速率,并讨论了在推断/机器学习、信号处理和大规模分布式优化中的应用。
2017-12-19 cs.DS cs.NA cs.SY
A Privacy-Preserving Distributed Control of Optimal Power Flow
本文将分布式最优潮流问题转化为一个最大化不可微凹函数的最优化问题。通过现有的分布式算法解决这样的问题可能会导致数据隐私问题,因为在算法内交换的解决方案信息可以被对手用来推断数据。为了保护数据隐私,在本文中,我们提出了一个差分私人投影次梯度(DP-PS)算法,其中包括一个解决方案加密步骤。我们证明了由DP-PS生成的序列在期望、概率和概率1下收敛。此外,我们表明,收敛速率的预期是由用户选择的DP-PS的目标隐私级别的影响。我们进行了数值实验,证明了DP-PS的收敛性和数据隐私保护。
2021-10-11 math.OC
Stochastic Subgradient Algorithms for Strongly Convex Optimization over Distributed Networks
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);University of Illinois at Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Bilkent University(比尔肯特大学)
本文提出一种基于随机梯度下降的分布式优化算法,通过时间依赖的加权平均实现O(√N/T)的收敛率,具有低通信开销和线性计算复杂度。
2015-08-31 cs.NA cs.SY eess.SY
Continuous-Time Distributed Algorithms for Extended Monotropic Optimization Problems
本文研究了扩展单调最优化问题的分布式算法。扩展单调优化问题是一个具有一定可分结构的一般凸优化问题。所考虑的目标函数是多智能体网络中分配给智能体的局部凸函数的总和,具有私有集约束和仿射等式约束。每个代理只知道它的局部目标函数、局部约束集和邻居信息。提出了两种新的基于连续时间分布次梯度的投影输出反馈和微分反馈算法,分别用于求解扩展的单变量最优化问题。此外,我们证明了算法收敛到最优解的一些温和的条件下,凭借变分不等式,拉格朗日方法,分解方法,和非光滑李雅普诺夫分析。最后,我们给出了两个例子来说明所提出的算法的应用。
2016-08-03 math.OC
Incremental Stochastic Subgradient Algorithms for Convex Optimization
本文研究了随机误差对两种约束增量次梯度算法的影响。我们认为,增量次梯度算法作为分散的网络优化算法,应用于最小化的功能和,当每个组件功能是已知的,只有一个特定的代理的分布式网络。我们首先研究了标准的循环增量次梯度算法,其中的代理形成一个环结构,并通过在一个循环中的迭代。我们考虑的方法与随机误差的次梯度评估,并提供了充分条件的随机误差的时刻,保证几乎必然收敛时,使用一个递减的步长。我们还获得了几乎必然的边界上的算法的性能时,使用一个恒定的步长。然后,我们考虑\ram{the}马尔可夫随机增量次梯度方法,这是一个非循环版本的增量算法,其中的计算代理的序列被建模为时间非齐次马尔可夫链。这种模型适用于移动网络,因为这些网络中的网络拓扑随时间而变化。我们建立了收敛结果和误差界的马尔可夫随机化方法存在的随机误差,分别为递减和恒定的步长。
2008-06-06 math.DS math.OC
Distributed Empirical Risk Minimization With Differential Privacy
研究差分隐私约束下的分布式经验风险最小化问题,提出私有分布式对偶平均算法,通过节点子采样增强隐私保证并减少噪声,实现与集中式算法相当的效用,并在去噪时达到最优收敛。
2023-07-01 math.OC
A Distributed Newton Method for Network Utility Maximization
Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院);University of Pennsylvania(宾夕法尼亚大学)
针对网络效用最大化问题,提出一种基于牛顿法的分布式算法,利用矩阵分裂技术实现原对偶迭代和步长计算的分布式执行,并证明在计算误差下仍具有超线性收敛性。
2011-04-22 cs.SY eess.SY math.OC
Distributed Randomized Gradient-Free Mirror Descent Algorithm for Constrained Optimization
本文研究多主体最优化问题。在非欧Bregman发散的镜像下降算法中引入一个随机无梯度预言,发展了一种分布式随机无梯度镜像下降算法(DRGIMD).在不利用目标函数的次梯度信息的情况下,推广了经典的梯度下降法。该算法是第一个分布式非欧零阶方法,它实现了$O(1/\sqrt{T})$收敛速度,恢复了分布式紧约束凸优化的最优速度。此外,DRFMD算法实现了强凸约束优化情况下的$O(\ln T/T)$收敛速度。该速率匹配最佳已知的非紧凑约束结果。研究了一种分散倒数加权平均逼近序列,并首次将其应用于分布式算法中。同时给出了加权平均算法(DRGFMD-WA)的一类收敛速度。分散加权平均序列的构造技术为分布式算法中极小值的搜索提供了新的思路。
2019-03-11 math.OC
Convergence of the Iterates in Mirror Descent Methods
我们考虑有限维希尔伯特空间上的集中式和分布式镜像下降算法,并证明了当步长为平方可和但不可和时,问题变量收敛于一个可能非光滑函数的优化器.以前的文献集中在函数值收敛到其最优值。然而,来自分布式优化和游戏中的学习的应用要求变量收敛到优化器,这通常在不假设目标函数的强凸性的情况下不能保证。我们提供了数值模拟比较熵镜下降和标准的次梯度方法的鲁棒回归问题。
2018-05-03 math.OC
Resilient Distributed Optimization
本文考虑了一个分布式最优化问题中存在的拜占庭代理能够引入不可信的信息到通信网络。提出了一种基于图冗余和目标冗余的弹性分布式次梯度法。在适当的假设下,该算法使所有非拜占庭智能体的状态渐近收敛到同一最优点。还提供了部分收敛速度结果。
2023-03-20 cs.SY eess.SY math.OC
A continuous-time violation-free multi-agent optimization algorithm and its applications to safe distributed control
提出一种保证零耦合约束违约的连续时间分布式优化算法,通过等价解耦与次梯度更新实现局部计算,并应用于CBF安全分布式控制,在时变QP中实现有限时间收敛。
2025-02-04 cs.SY eess.SY math.OC
Rate of Convergence for Distributed Optimization with Uncertain Communications
我们考虑分布式最优化问题的凸函数的总和,其中底层的通信网络连接代理在每个时间是随机抽取的有向图的集合。在早期工作[15]的基础上,其中subgradient-push算法的修改版本被证明几乎必然收敛于随机有向图序列上的优化器,我们找到了我们提出的算法的收敛速度的$\sim O(\frac{1}{\sqrt{t}})$阶的上界,建立了这种随机设置中的第一个收敛界。
2020-09-15 math.DS math.OC
Delayed Stochastic Algorithms for Distributed Weakly Convex Optimization
本文针对分布式弱凸优化问题提出延迟随机次梯度方法和延迟随机近端线性方法,通过引入保护步骤使收敛速率仅依赖于工作节点数量,消除了延迟的影响。
2023-11-01 cs.DC math.OC
Network Newton
我们考虑最小化的凸目标函数的组件的目标是在网络的不同节点和节点只允许与他们的邻居进行通信的总和。分布式次梯度或梯度法的使用是广泛的,但是它们经常遭受缓慢的收敛,因为它们依赖于一阶信息,这导致网络中的节点之间的大量本地通信。在本文中,我们提出了网络牛顿(NN)方法作为一个分布式算法,通过分布式评估近似牛顿步骤,将二阶信息。我们还引入自适应(A)NN,以建立精确的收敛。数值分析表明,相对于现有的(一阶)替代品,NN的收敛时间和通信次数都有显着改善。
2014-12-11 math.OC
Solving A Class of Nonsmooth Resource Allocation Problems with Directed Graphs though Distributed Smooth Multi-Proximal Algorithms
针对一类分布式非光滑资源分配问题,提出了两种分布式多邻近原始对偶法。在这些问题中,全局费用函数是局部凸函数和非光滑费用函数之和,每个代价函数由一个二次可微函数和多个非光滑函数组成。底层多智能体系统的通信图是有向和强连接的,但不一定是加权平衡的。多邻近分裂的设计是为了解决这些非光滑函数求和的不可逼近性所带来的困难。此外,它还可以保证所提出的算法的光滑性。在多邻近分裂中引入辅助变量,估计非光滑函数的次梯度。在理论上,利用李雅普诺夫稳定性理论和积分输入状态稳定性(iISS)理论进行了收敛性分析。结果表明,所提算法能使状态收敛到满足资源分配条件的最优点。
2020-03-16 math.OC
Constrained Consensus
我们提出了分布式算法,可用于多个代理,以调整他们的估计与一个特定的值在网络随时间变化的连接。我们的框架是通用的,因为该值可以表示多个代理之间的共识值或最优化问题的最优解,其中全局目标函数是局部代理目标函数的组合。我们的主要重点是约束问题,其中每个代理的估计被限制在一个不同的约束集。为了突出约束的影响,我们首先考虑一个受约束的共识问题,并提出了一个分布式的“投影共识算法”,在该算法中,代理将其本地平均操作与其各自约束集的投影相结合。该算法可以被视为交替投影方法的一个版本,其权重随时间和代理而变化。我们建立了收敛性和收敛速度的结果投影共识算法。接下来,我们研究了一个约束最优化问题,用于优化受其局部约束集相交的代理的局部目标函数的总和。我们提出了一个分布式的"投影次梯度法“,它涉及到每个代理执行一个本地平均操作,采取一个次梯度步骤,以最小化自己的目标函数,并投影在其约束集。我们表明,与适当选择的步长规则,该算法产生的代理估计收敛到相同的最优解的情况下,当权重是恒定的和平等的,当权重是随时间变化的,但所有的代理有相同的约束集。
2008-12-17 math.OC
Distributed Resource Allocation Over Dynamic Networks with Uncertainty
在工程的各个领域的广泛应用的动机,我们研究了网络资源分配问题,其目标是最佳地分配一个固定数量的资源在网络节点。我们认为大规模的网络具有复杂的互连结构,因此任何解决方案都必须并行实施,并只基于本地数据,从而需要分布式算法。在本文中,我们研究了分布式拉格朗日方法对这样的问题。通过利用所谓的分布式次梯度方法来解决对偶问题,我们的方法消除了在更新对偶变量,这往往是在经典的拉格朗日方法所需要的中央协调。我们的重点是了解这种分布式算法的性能时,资源的数量是未知的,可能是随时间变化的。特别是,我们得到了一个上界的收敛速度的算法的最优值,在预期中,作为一个函数的大小和底层网络的拓扑结构。通过对IEEE-14和IEEE-118节点测试系统的仿真,验证了该方法在电力系统经济调度中的有效性。
2018-08-03 math.OC