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arXiv 2610.19652cs.LGstat.ML
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零阶非凸优化中的全局联合下界

On Global Joint Lower Bounds in Zeroth-Order Nonconvex Optimization

Nanjing University(南京大学)

Yuxuan Xia, Xiao-Tong Yuan

AI总结:

该研究在全空间设置中证明了零阶非凸优化对(d,δ,ε)依赖的联合极小极大最优性,建立了相关下界,适用于完全自适应、可重用样本的标量oracle。

摘要:

近期研究试图通过梯度估计器将一阶非凸优化的保证迁移到零阶方法,通常会产生与维度d成线性的因子。Kornowski等人(2024)针对非光滑非凸优化得到了O(dδ⁻¹ε⁻³)的oracle复杂度,并提出其对三个参数的依赖是否为联合最优的问题。尽管维度依赖和对(δ,ε)的一阶依赖分别被证明是不可避免的,但匹配的零阶下界仍未解决。我们在无限制的全空间设置中回答了该问题。对于光滑随机非凸优化,在假设存在光滑、全局有界的总体目标以及样本Lipschitz常数的二阶矩界的条件下,我们建立了标量oracle的下界Ω(dL₀²min{ΔH,L₀²}/ε⁴)。通过光滑归约得到了Goldstein平稳性的下界,证明了在明确的高维和小精度条件下,对(d,δ,ε)的依赖的联合极小极大最优性。关键是,我们的结果允许算法查询ℝᵈ中的任意点、自适应选择样本函数标签、在任意数量的位置重用相同的采样函数,以及输出无空间限制的点。因此,与基于有界查询区域或新鲜评估噪声的下界不同,我们的保证适用于完全自适应、可重用样本的标量oracle。我们还针对随机算法建立了单独的无噪声精确值下界,因此也适用于确定性方法。我们的证明结合了全局定义的序列非凸构造、精确高斯标量信道、多阶段随机场估计以及在自适应重用下保持信息硬度的对偶有限样本实现。

英文摘要:

Must the dimension and accuracy costs of zeroth-order optimization multiply? Global upper bounds for smooth stochastic nonconvex optimization scale as $O(dε^{-4})$, with both factors separately necessary. We show that their product is unavoidable. We establish an $Ω(dε^{-4})$ lower bound for smooth stochastic nonconvex optimization, yielding an $Ω(dδ^{-1}ε^{-3})$ bound for nonsmooth Goldstein stationarity. Both match the best-known full-space upper bounds, establishing joint minimax optimality in dimension and accuracy. These bounds hold against fully adaptive randomized algorithms with unrestricted queries and outputs, even under arbitrary sample reuse. As a byproduct, we establish noiseless exact-value lower bounds for both smooth and Goldstein stationarity, even against randomized algorithms.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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