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中國人工智能學會通訊——建構強健的人工智能:原因及方式 2. 強健的優化

中國人工智能學會通訊——建構強健的人工智能:原因及方式 2. 強健的優化

實際上,許多AI 推理問題都可以了解為優化問題。我們來講課本裡的一個簡單線性問題,如上圖所示,這裡面有兩個變量,分别是x1、x2,以及兩個限制條件(ax1+bx2)≤ r、(cx1+ dx2)≤s。随着綠色箭頭的方向,目标是在增長的,是以可以在這個可行區域内找到最佳優化點。

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假設對這些限制不确定,那麼我們需要使用不确定區間。這個的想法是,我們有常數a、b等,不知道它們确切的值,但是知道它們屬于一個不确定區間。比如,a的不确定集合是U。這是對不确定性的另一種表達方式,但是更實用。

現在我們想最大化目标值,那麼該如何解決這些不确定區間帶來的問題?假設紅線是這些常量的替代值,那麼這裡的交叉點就是最優解決方案。當然這在我們的問題中是不可能出現的,區域優化對新問題來說是不适用的。當限制條件不确定時,規劃的解決方案可能不可行,這将導緻非常嚴重的問題。對此我們該怎麼辦?

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其中一個方案是使用極小化極大算法(一種找出失敗的最大可能性中的最小值算法)來消除不确定性。我們有adversary,并允許從不确定集合中選擇a、b等常量的值。通過這種方案可以得到穩健的解決方案,然而這種方案太過保守。

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根據Bertsimas 在MIT 的工作,這裡有一個很重要的思想:給adversary 加一個budget。

現在我們可以分類讨論bugdet B。當設定B= 0時,我們會得到最初的線性方程。如果B很大,那麼這個我們就有很大的可能性達不到目标。是以,我們可以通過B來預測結果到底如何。這是針對“budget on adversary ”強優化的最新想法。

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現在有一些非常有趣理論:現有一些AI 算法是可以被看作穩健性優化。其中一個例子是支援向量機監督學習設定。我們給一些未知函數y=f(x)訓練樣本,并且給出了一個損失函數L(y(hat),y),當正确答案為y時,觀察輸出y(hat)。然後,我們找到能夠将損失總和最小化的h,公式如上圖所示。

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在Xu,Caramanis &Mannor 2009 年的論文中(如上圖所示),他們展示了這種正則化的方法相當于強優化。

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