What is Local Optimality in Nonconvex-Nonconcave Minimax Optimization?
by Chi Jin, Praneeth Netrapalli, Michael I. Jordan
minimax和纳什均衡有什么关系?局部minimax怎么定义?有什么性质?如何找到?和全局miniax有什么关系?请君听我道来。
minimax问题,就是选手1先最大化目标,选手2再最小化刚才被最大化过的目标,找到他俩的最优解。用数学符号表达就是:
global minimax point
式子(1)的解,一定是存在的。
y的最优解给定所有的x都是最优的,当然给定最优x也是最优的。
x的最优解要从所有最大化l的y里去找,不仅仅是对于给定的最优y。
全局minimax一定存在
global nash equilibrium
只要求x最优解在给定最优y时是最优的
以前只要内层凹、外层凸,这个全局纳什均衡就很好找。但是非凹非凸的函数找这个点无疑是NP-hard。
local nash equilibria
全局的难找,局部的总可以找到。我现在缩小搜索范围,把跑遍全部定义域的性质变成局部有这个性质,也就是对于所有
和
的
来说满足
,
那
就是局部最优。
局部最优满足一阶必要条件:
和二阶导数必要条件:
当然,如果有这样的二阶充分条件,那肯定是严格的局部最优啦:
不是所有二阶可微的函数都存在(局部或者全局的)纳什均衡哦!
local minimax point
仿照local nash equilibria,给定一个
和一个
,我的
,我的
时
,这样的话满足以下条件的
就是局部minimax点:
这样找到的y只要是邻域内最大的y(x)就行了。相当于两个选手都在一个邻域内做序贯决策。
局部纳什均衡一定是局部minimax哦!
局部minimax也有一阶必要条件
不过二阶必要条件不再是海森矩阵半正定,而是舒尔补半正定;充分条件对应的就是舒尔补正定。体现了x和y是有顺序差异的。这个二阶条件就是local minimax和local nash equilibria的区别。
全局minimax可能既不是局部minimax,也可能不满足舒尔补正定的条件。
不是所有的二阶可微的函数、定义域是紧集的都存在局部minimax哦!
什么时候global minimax一定是local minimax呢?以下几种情况都符合:
- 内层concave,是个凸优化问题。
- 内层在邻域内concave,而且所有的local maxima都是global maximal。
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