We study bilevel optimization problems where the lower-level problems are strongly convex and have coupled linear constraints. To overcome the potential non-smoothness of the hyper-objective and the computational challenges associated with the Hessian matrix, we utilize penalty and augmented Lagrangian methods to reformulate the original problem as a single-level one. Especially, we establish a strong theoretical connection between the reformulated function and the original hyper-objective by characterizing the closeness of their values and derivatives. Based on this reformulation, we propose a single-loop, first-order algorithm for linearly constrained bilevel optimization (SFLCB). We provide rigorous analyses of its non-asymptotic convergence rates, showing an improvement over prior double-loop algorithms -- form $O(ε^{-3}\log(ε^{-1}))$ to $O(ε^{-3})$. The experiments corroborate our theoretical findings and demonstrate the practical efficiency of the proposed SFLCB algorithm. Simulation code is provided at https://github.com/ShenGroup/SFLCB.


翻译:本文研究具有强凸下层问题及耦合线性约束的双层优化问题。为克服超目标函数可能存在的非光滑性及与Hessian矩阵相关的计算挑战,我们采用惩罚函数法和增广拉格朗日法将原问题重构为单层优化问题。特别地,通过刻画重构函数与原始超目标函数在函数值及导数层面的逼近程度,我们建立了二者之间严格的理论关联。基于此重构形式,我们提出了一种用于线性约束双层优化的单循环一阶算法(SFLCB)。我们对其非渐近收敛速率进行了严格分析,证明其相较于现有双循环算法实现了从$O(ε^{-3}\log(ε^{-1}))$到$O(ε^{-3})$的改进。实验数据验证了理论结论,并证明了所提SFLCB算法的实际效率。仿真代码发布于https://github.com/ShenGroup/SFLCB。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ICML2023】SEGA:结构熵引导的图对比学习锚视图
专知会员服务
23+阅读 · 2023年5月10日
专知会员服务
19+阅读 · 2021年8月15日
专知会员服务
12+阅读 · 2021年6月20日
专知会员服务
20+阅读 · 2020年12月9日
论文浅尝 | Interaction Embeddings for Prediction and Explanation
开放知识图谱
11+阅读 · 2019年2月1日
误差反向传播——CNN
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2018年7月12日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关VIP内容
【ICML2023】SEGA:结构熵引导的图对比学习锚视图
专知会员服务
23+阅读 · 2023年5月10日
专知会员服务
19+阅读 · 2021年8月15日
专知会员服务
12+阅读 · 2021年6月20日
专知会员服务
20+阅读 · 2020年12月9日
相关资讯
论文浅尝 | Interaction Embeddings for Prediction and Explanation
开放知识图谱
11+阅读 · 2019年2月1日
误差反向传播——CNN
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2018年7月12日
概率图模型体系:HMM、MEMM、CRF
机器学习研究会
30+阅读 · 2018年2月10日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员