对成对比较的排名聚集在选举，体育比赛，建议和信息检索中表现出了令人鼓舞的结果。但是，与众多有关计算和统计特征的研究工作相反，对这种算法的安全问题几乎没有关注。在巨额利润的推动下，潜在的对手具有强大的动力和动力来操纵排名清单。同时，文献中没有很好地研究等级聚集方法的内在脆弱性。为了充分了解可能的风险，我们专注于有目的的对手，他们希望通过修改本文中的成对数据来指定汇总结果。从动力学系统的角度来看，具有目标排名列表的攻击行为是属于对手和受害者组成的固定点。为了执行目标攻击，我们将对手和受害者之间的相互作用作为游戏理论框架，由两个连续的操作员组成，同时建立了NASH平衡。然后，构建了针对Hodgerank和RankCentrality的两个程序，以产生原始数据的修改。此外，我们证明，一旦对手掌握了完整的信息，受害者将产生目标排名列表。值得注意的是，所提出的方法允许对手只保留不完整的信息或不完美的反馈并执行有目的的攻击。一系列玩具模拟和几个现实世界数据实验证明了建议的目标攻击策略的有效性。这些实验结果表明，所提出的方法可以实现攻击者的目标，即扰动排名列表的领先候选人是对手指定的。

Network data are ubiquitous in modern machine learning, with tasks of interest including node classification, node clustering and link prediction. A frequent approach begins by learning an Euclidean embedding of the network, to which algorithms developed for vector-valued data are applied. For large networks, embeddings are learned using stochastic gradient methods where the sub-sampling scheme can be freely chosen. Despite the strong empirical performance of such methods, they are not well understood theoretically. Our work encapsulates representation methods using a subsampling approach, such as node2vec, into a single unifying framework. We prove, under the assumption that the graph is exchangeable, that the distribution of the learned embedding vectors asymptotically decouples. Moreover, we characterize the asymptotic distribution and provided rates of convergence, in terms of the latent parameters, which includes the choice of loss function and the embedding dimension. This provides a theoretical foundation to understand what the embedding vectors represent and how well these methods perform on downstream tasks. Notably, we observe that typically used loss functions may lead to shortcomings, such as a lack of Fisher consistency.

计算NASH平衡策略是多方面强化学习中的一个核心问题，在理论和实践中都受到广泛关注。但是，到目前为止，可证明的保证金仅限于完全竞争性或合作的场景，或者在大多数实际应用中实现难以满足的强大假设。在这项工作中，我们通过调查Infinite-Horizo​​n \ Emph {对抗性团队Markov Games}，这是一场自然而充分动机的游戏，其中一组相同兴奋的玩家 - 在没有任何明确的情况下，这是一个自然而有动机的游戏，这是一场自然而有动机的游戏，而偏离了先前的结果。协调或交流 - 正在与对抗者竞争。这种设置允许对零和马尔可夫潜在游戏进行统一处理，并作为模拟更现实的战略互动的一步，这些互动具有竞争性和合作利益。我们的主要贡献是第一种计算固定$ \ epsilon $ - Approximate Nash Equilibria在对抗性团队马尔可夫游戏中具有计算复杂性的算法，在游戏的所有自然参数中都是多项式的，以及$ 1/\ epsilon $。拟议的算法特别自然和实用，它基于为团队中的每个球员执行独立的政策梯度步骤，并与对手侧面的最佳反应同时；反过来，通过解决精心构造的线性程序来获得对手的政策。我们的分析利用非标准技术来建立具有非convex约束的非线性程序的KKT最佳条件，从而导致对诱导的Lagrange乘数的自然解释。在此过程中，我们大大扩展了冯·斯坦格尔（Von Stengel）和科勒（GEB`97）引起的对抗（正常形式）团队游戏中最佳政策的重要特征。

Graph clustering is a fundamental problem in unsupervised learning, with numerous applications in computer science and in analysing real-world data. In many real-world applications, we find that the clusters have a significant high-level structure. This is often overlooked in the design and analysis of graph clustering algorithms which make strong simplifying assumptions about the structure of the graph. This thesis addresses the natural question of whether the structure of clusters can be learned efficiently and describes four new algorithmic results for learning such structure in graphs and hypergraphs. All of the presented theoretical results are extensively evaluated on both synthetic and real-word datasets of different domains, including image classification and segmentation, migration networks, co-authorship networks, and natural language processing. These experimental results demonstrate that the newly developed algorithms are practical, effective, and immediately applicable for learning the structure of clusters in real-world data.

在随着时间变化的组合环境中的在线决策激励，我们研究了将离线算法转换为其在线对应物的问题。我们专注于使用贪婪算法对局部错误的贪婪算法进行恒定因子近似的离线组合问题。对于此类问题，我们提供了一个通用框架，该框架可有效地将稳健的贪婪算法转换为使用Blackwell的易近算法。我们证明，在完整信息设置下，由此产生的在线算法具有$ O（\ sqrt {t}）$（近似）遗憾。我们进一步介绍了Blackwell易接近性的强盗扩展，我们称之为Bandit Blackwell的可接近性。我们利用这一概念将贪婪的稳健离线算法转变为匪（t^{2/3}）$（近似）$（近似）的遗憾。展示了我们框架的灵活性，我们将脱机之间的转换应用于收入管理，市场设计和在线优化的几个问题，包括在线平台中的产品排名优化，拍卖中的储备价格优化以及supperular tossodular最大化。 。我们还将还原扩展到连续优化的类似贪婪的一阶方法，例如用于最大化连续强的DR单调下调功能，这些功能受到凸约束的约束。我们表明，当应用于这些应用程序时，我们的转型会导致新的后悔界限或改善当前已知界限。我们通过为我们的两个应用进行数值模拟来补充我们的理论研究，在这两种应用中，我们都观察到，转换的数值性能在实际情况下优于理论保证。

马尔可夫链是一类概率模型，在定量科学中已广泛应用。这部分是由于它们的多功能性，但是可以通过分析探测的便利性使其更加复杂。本教程为马尔可夫连锁店提供了深入的介绍，并探索了它们与图形和随机步行的联系。我们利用从线性代数和图形论的工具来描述不同类型的马尔可夫链的过渡矩阵，特别着眼于探索与这些矩阵相对应的特征值和特征向量的属性。提出的结果与机器学习和数据挖掘中的许多方法有关，我们在各个阶段描述了这些方法。本文并没有本身就成为一项新颖的学术研究，而是提出了一些已知结果的集合以及一些新概念。此外，该教程的重点是向读者提供直觉，而不是正式的理解，并且仅假定对线性代数和概率理论的概念的基本曝光。因此，来自各种学科的学生和研究人员可以访问它。

直接政策搜索作为现代强化学习（RL）的工作人员之一，其在连续控制任务中的应用最近引起了不断的关注。在这项工作中，我们研究了用于学习线性风险敏感和鲁棒控制器的政策梯度（PG）方法的收敛理论。特别地，我们开发PG方法，可以通过采样系统轨迹以无衍生方式实现，并建立全球收敛性和样本复杂性，这导致风险敏感和强大控制中的两个基本环境的解决方案：有限地平线线性指数二次高斯，以及有限地平线线性二次干扰衰减问题。作为副产品，我们的结果还为解决零和线性二次动态游戏的PG方法的全局融合提供了第一种样本复杂性，这是一种非透明的极限优化问题，该问题用作多功能钢筋中的基线设置学习（Marl）与连续空间。我们的算法的一个特征是在学习阶段，保留了一定程度的控制器的鲁棒性/风险敏感性，因此我们被称为隐式正则化属性，并且是安全关键控制系统的基本要求。

We study a family of adversarial multiclass classification problems and provide equivalent reformulations in terms of: 1) a family of generalized barycenter problems introduced in the paper and 2) a family of multimarginal optimal transport problems where the number of marginals is equal to the number of classes in the original classification problem. These new theoretical results reveal a rich geometric structure of adversarial learning problems in multiclass classification and extend recent results restricted to the binary classification setting. A direct computational implication of our results is that by solving either the barycenter problem and its dual, or the MOT problem and its dual, we can recover the optimal robust classification rule and the optimal adversarial strategy for the original adversarial problem. Examples with synthetic and real data illustrate our results.

当今许多大型系统的设计，从交通路由环境到智能电网，都依赖游戏理论平衡概念。但是，随着$ n $玩家游戏的大小通常会随着$ n $而成倍增长，标准游戏理论分析实际上是不可行的。最近的方法通过考虑平均场游戏，匿名$ n $玩家游戏的近似值，在这种限制中，玩家的数量是无限的，而人口的状态分布，而不是每个单独的球员的状态，是兴趣。然而，迄今为止研究最多的平均场平衡的平均场nash平衡的实际可计算性通常取决于有益的非一般结构特性，例如单调性或收缩性能，这是已知的算法收敛所必需的。在这项工作中，我们通过开发均值相关和与粗相关的平衡的概念来研究平均场比赛的替代途径。我们证明，可以使用三种经典算法在\ emph {ash All Games}中有效地学习它们，而无需对游戏结构进行任何其他假设。此外，我们在文献中已经建立了对应关系，从而获得了平均场 - $ n $玩家过渡的最佳范围，并经验证明了这些算法在简单游戏中的收敛性。

我们开发了一个统一的随机近似框架，用于分析游戏中多学院在线学习的长期行为。我们的框架基于“原始偶尔”，镜像的Robbins-Monro（MRM）模板，该模板涵盖了各种各样的流行游戏理论学习算法（梯度方法，乐观的变体，Exp3算法，用于基于付费的反馈，在有限游戏等中）。除了提供这些算法的综合视图外，提出的MRM蓝图还使我们能够在连续和有限的游戏中获得渐近和有限时间的广泛新收敛结果。

我们探索了一个新的强盗实验模型，其中潜在的非组织序列会影响武器的性能。上下文 - 统一算法可能会混淆，而那些执行正确的推理面部信息延迟的算法。我们的主要见解是，我们称之为Deconfounst Thompson采样的算法在适应性和健壮性之间取得了微妙的平衡。它的适应性在易于固定实例中带来了最佳效率，但是在硬性非平稳性方面显示出令人惊讶的弹性，这会导致其他自适应算法失败。

Low-rank matrix approximations, such as the truncated singular value decomposition and the rank-revealing QR decomposition, play a central role in data analysis and scientific computing. This work surveys and extends recent research which demonstrates that randomization offers a powerful tool for performing low-rank matrix approximation. These techniques exploit modern computational architectures more fully than classical methods and open the possibility of dealing with truly massive data sets.This paper presents a modular framework for constructing randomized algorithms that compute partial matrix decompositions. These methods use random sampling to identify a subspace that captures most of the action of a matrix. The input matrix is then compressed-either explicitly or implicitly-to this subspace, and the reduced matrix is manipulated deterministically to obtain the desired low-rank factorization. In many cases, this approach beats its classical competitors in terms of accuracy, speed, and robustness. These claims are supported by extensive numerical experiments and a detailed error analysis.The specific benefits of randomized techniques depend on the computational environment. Consider the model problem of finding the k dominant components of the singular value decomposition of an m × n matrix. (i) For a dense input matrix, randomized algorithms require O(mn log(k)) floating-point operations (flops) in contrast with O(mnk) for classical algorithms. (ii) For a sparse input matrix, the flop count matches classical Krylov subspace methods, but the randomized approach is more robust and can easily be reorganized to exploit multi-processor architectures. (iii) For a matrix that is too large to fit in fast memory, the randomized techniques require only a constant number of passes over the data, as opposed to O(k) passes for classical algorithms. In fact, it is sometimes possible to perform matrix approximation with a single pass over the data.

我们考虑由一般随机序列驱动的随机梯度下降（SGD）算法，包括I.I.D噪声和随机行走，在任意图上等等；并以渐近意义进行分析。具体而言，我们采用了“效率排序”的概念，这是一种分析的工具，用于比较马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）采样器的性能，以sgd算法的形式以与量表矩阵相关的loewner订购形式长期。使用此顺序，我们表明对MCMC采样更有效的输入序列也导致限制中SGD算法的误差的较小协方差。这也表明，当受到更有效的链驱动时，任意加权的SGD迭代的MSE迭代会变小。我们的发现在分散的优化和群学习等应用程序中特别感兴趣，其中SGD是在基础通信图上以随机步行方式实施的，以解决成本问题和/或数据隐私。我们证明了某些非马克维亚过程如何在基于典型的混合时间的非轴突界限上是棘手的，在SGD的效率订购意义上，可以超越其马尔可夫对应物。我们通过将其应用于梯度下降，并以洗牌和小批量梯度下降将其应用于梯度下降，从而显示了我们的方法的实用性，从而在统一框架下重申了现有文献的关键结果。从经验上讲，我们还观察到SGD的变体（例如加速SGD和Adam）的效率排序，开辟了将我们的效率订购概念扩展到更广泛的随机优化算法的可能性。

我们在非参数二进制分类的一个对抗性训练问题之间建立了等价性，以及规范器是非识别范围功能的正则化风险最小化问题。由此产生的正常风险最小化问题允许在图像分析和基于图形学习中常常研究的$ L ^ 1 + $（非本地）$ \ Operatorvers {TV} $的精确凸松弛。这种重构揭示了丰富的几何结构，这反过来允许我们建立原始问题的最佳解决方案的一系列性能，包括存在最小和最大解决方案（以合适的意义解释），以及常规解决方案的存在（也以合适的意义解释）。此外，我们突出了对抗性训练和周长最小化问题的联系如何为涉及周边/总变化的正规风险最小化问题提供一种新颖的直接可解释的统计动机。我们的大部分理论结果与用于定义对抗性攻击的距离无关。

近似消息传递（AMP）是解决高维统计问题的有效迭代范式。但是，当迭代次数超过$ o \ big（\ frac {\ log n} {\ log log \ log \ log n} \时big）$（带有$ n $问题维度）。为了解决这一不足，本文开发了一个非吸附框架，用于理解峰值矩阵估计中的AMP。基于AMP更新的新分解和可控的残差项，我们布置了一个分析配方，以表征在存在独立初始化的情况下AMP的有限样本行为，该过程被进一步概括以进行光谱初始化。作为提出的分析配方的两个具体后果：（i）求解$ \ mathbb {z} _2 $同步时，我们预测了频谱初始化AMP的行为，最高为$ o \ big（\ frac {n} {\ mathrm {\ mathrm { poly} \ log n} \ big）$迭代，表明该算法成功而无需随后的细化阶段（如最近由\ citet {celentano2021local}推测）; （ii）我们表征了稀疏PCA中AMP的非反应性行为（在尖刺的Wigner模型中），以广泛的信噪比。

随机块模型（SBM）是一个随机图模型，其连接不同的顶点组不同。它被广泛用作研究聚类和社区检测的规范模型，并提供了肥沃的基础来研究组合统计和更普遍的数据科学中出现的信息理论和计算权衡。该专着调查了最近在SBM中建立社区检测的基本限制的最新发展，无论是在信息理论和计算方案方面，以及各种恢复要求，例如精确，部分和弱恢复。讨论的主要结果是在Chernoff-Hellinger阈值中进行精确恢复的相转换，Kesten-Stigum阈值弱恢复的相变，最佳的SNR - 单位信息折衷的部分恢复以及信息理论和信息理论之间的差距计算阈值。该专着给出了在寻求限制时开发的主要算法的原则推导，特别是通过绘制绘制，半定义编程，（线性化）信念传播，经典/非背带频谱和图形供电。还讨论了其他块模型的扩展，例如几何模型和一些开放问题。

游戏理论到目前为止在各个领域都发现了许多应用，包括经济学，工业，法学和人工智能，每个玩家都只关心自己对非合作或合作方式的兴趣，但对其他玩家没有明显的恶意。但是，在许多实际应用中，例如扑克，国际象棋，逃避者追求，毒品拦截，海岸警卫队，网络安全和国防，球员通常都具有对抗性立场，也就是说，每个球员的自私行动不可避免地或故意造成损失或对其他球员造成严重破坏。沿着这条线，本文对在对抗性游戏中广泛使用的三种主要游戏模型（即零和零正常形式和广泛形式游戏，stackelberg（Security）游戏，零和差异游戏）提供了系统的调查。观点，包括游戏模型的基本知识，（近似）平衡概念，问题分类，研究前沿，（近似）最佳策略寻求技术，普遍的算法和实际应用。最后，还讨论了有关对抗性游戏的有希望的未来研究方向。

学习问题通常表现出一个有趣的反馈机制，其中人口数据对竞争决策者的行为作出反应。本文为这种现象制定了一种新的游戏理论框架，称为多人执行预测。我们专注于两个不同的解决方案概念，即（i）表现稳定稳定的均衡和（ii）纳什均衡的比赛。后者均衡可以说是更具信息性的，但只有在游戏是单调时才有效地发现。我们表明，在温和的假设下，可以通过各种算法有效地发现所需稳定的均衡，包括重复再培训和重复（随机）梯度播放。然后，我们为游戏的强大单调性建立透明的充分条件，并使用它们开发用于查找纳什均衡的算法。我们研究了衍生免费方法和自适应梯度算法，其中每个玩家在学习其分发和梯度步骤的学习的分配和梯度步骤之间交替。合成和半合成数值实验说明了结果。

在因果推理和强盗文献中，基于观察数据的线性功能估算线性功能的问题是规范的。我们分析了首先估计治疗效果函数的广泛的两阶段程序，然后使用该数量来估计线性功能。我们证明了此类过程的均方误差上的非反应性上限：这些边界表明，为了获得非反应性最佳程序，应在特定加权$ l^2 $中最大程度地估算治疗效果的误差。 -规范。我们根据该加权规范的约束回归分析了两阶段的程序，并通过匹配非轴突局部局部最小值下限，在有限样品中建立了实例依赖性最优性。这些结果表明，除了取决于渐近效率方差之外，最佳的非质子风险除了取决于样本量支持的最富有函数类别的真实结果函数与其近似类别之间的加权规范距离。

最近的多人游戏的理论和应用方面的最新进步，从电子运动到多种子体生成的对抗网络，我们专注于团队零和游戏中的最大优化。在这类游戏中，玩家分为两支队伍，在同一支队内等等，对手团队的相反标志。与TextBook二手零和游戏不同，在我们的类中找到纳什均衡可以被证明是CLS-Hard，即，它不太可能具有用于计算NASH均衡的多项式时间算法。此外，在该广义框架中，使用梯度下降上升（GDA），其乐观变体和额外梯度，我们建立了即使是渐近的最后一次迭代或时间平均收敛到纳什均衡。具体来说，我们展示了一个诱导效用是\ emph {non}的团队游戏系列\ \ emph {non}有吸引力的\ {per-se}混合的纳什均衡，作为底层优化景观的严格鞍点。利用控制理论的技术，我们通过设计局部收敛的修改GDA来补充这些负面结果，以纳入均衡。最后，我们讨论了我们的框架与AI架构的联系，其中与多助理生成对冲网络这样的团队竞争结构。