计算机科学 > 机器学习
[提交于 2020年3月6日
(v1)
,最后修订 2020年6月29日 (此版本, v2)]
标题: 模拟退火的学习复杂度
标题: Learning Complexity of Simulated Annealing
摘要: 模拟退火是一种有效且通用的优化方法。 它实际上受到冶金学的启发,在冶金学中,材料的温度决定了其在热力学中的行为。 同样地,在模拟退火中,算法采取的动作完全取决于一个变量的值,这个变量捕捉了温度的概念。 通常,模拟退火从一个高温开始,这使得算法相当不可预测,然后逐渐降低温度以变得更为稳定。 在模拟退火性能中起关键作用的一个组成部分是温度变化的标准,即冷却计划。 受此启发,我们在本工作中研究以下问题:“给定特定类别的优化问题的足够样本,我们能否设计出最优(或近似最优)的冷却计划,使得当底层问题从同一类中均匀随机抽取时,算法的运行时间最小化或成功率最大化?” 我们在样本复杂性和模拟复杂性方面都提供了积极的结果。 在样本复杂性方面,我们证明$\tilde O(\sqrt{m})$个样本足以找到长度为$m$的近似最优冷却计划。 我们通过给出任何提供几乎最优冷却计划的学习算法的样本复杂性的下界$\tilde \Omega(m^{1/3})$来补充这一结果。 这些结果是普遍的,不依赖于任何假设。 然而,在模拟复杂性方面,我们做出了额外的假设来衡量算法的成功率。 为此,我们引入了单调平稳图,该图对模拟退火的性能进行了建模。 基于此模型,我们提出了具有可证明保证的多项式时间算法来解决学习问题。
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