Nesterov的加速梯度（AG）是一种流行的技术，优化包括两个组件的客观函数：凸损耗和惩罚功能。虽然AG方法对于凸面的惩罚表现良好，例如套索，但是当它适用于非核心惩罚时可能会出现收敛问题，例如苏尔州。最近的提议将Nesterov的AG方法推广到非渗透环境，但从未应用于稀疏统计学习问题。在运行所提出的算法之前，有几种超级参数。但是，目前没有明确的规则应该如何选择超参数。在本文中，我们考虑将该非核解AG算法应用于高维线性和逻辑稀疏学习问题，并根据复杂性上限提出超级参数设置以加速收敛。我们进一步建立了收敛速度，并为阻尼序列提出了一种简单且有用的限制。模拟研究表明，可以平均地进行收敛，比传统的ISTA算法的速度快得多。我们的实验还表明，在信号恢复方面，该方法通常优于当前最先进的方法。

现代统计应用常常涉及最小化可能是非流动和/或非凸起的目标函数。本文侧重于广泛的Bregman-替代算法框架，包括本地线性近似，镜像下降，迭代阈值，DC编程以及许多其他实例。通过广义BREGMAN功能的重新发出使我们能够构建合适的误差测量并在可能高维度下建立非凸起和非凸起和非球形目标的全球收敛速率。对于稀疏的学习问题，在一些规律性条件下，所获得的估算器作为代理人的固定点，尽管不一定是局部最小化者，但享受可明确的统计保障，并且可以证明迭代顺序在所需的情况下接近统计事实准确地快速。本文还研究了如何通过仔细控制步骤和放松参数来设计基于适应性的动力的加速度而不假设凸性或平滑度。

从多任务学习到稀疏的加性建模到分层选择，尊重群体结构的稀疏回归和分类估计器将其应用于各种统计和机器学习问题。这项工作引入了结构化稀疏估计器，将小组子集选择与收缩结合在一起。为了适应复杂的结构，我们的估计器允许组之间任意重叠。我们开发了一个优化框架，用于拟合非凸正则化表面并呈现有限样本误差界，以估计回归函数。作为一个需要结构的应用程序，我们研究了稀疏的半参数建模，该过程允许每个预测器的效果为零，线性或非线性。对于此任务，与替代方案相比，新的估计器对合成数据的几个指标有所改善。最后，我们证明了它们在使用许多预测因素的超市人流交通和经济衰退中建模的功效。这些演示表明，使用新估计量拟合的稀疏半参数模型是完全线性和完全非参数替代方案之间的出色折衷。我们所有的算法都可以在可扩展的实现GRPSEL中提供。

在稀疏线性建模 - 最佳子集选择中，研究了一个看似意外的，相对不太理解的基本工具的过度选择，这最小化了对非零系数的约束的限制的剩余平方和。虽然当信噪比（SNR）高时，最佳子集选择过程通常被视为稀疏学习中的“黄金标准”，但是当SNR低时，其预测性能会恶化。特别是，它通过连续收缩方法而言，例如脊回归和套索。我们研究了高噪声制度中最佳子集选择的行为，并提出了一种基于最小二乘标准的正则化版本的替代方法。我们提出的估算员（a）在很大程度上减轻了高噪声制度的最佳次集选择的可预测性能差。 （b）相对于通过脊回归和套索的最佳预测模型，通常递送大幅稀疏模型的同时表现出有利的。我们对所提出的方法的预测性质进行广泛的理论分析，并在噪声水平高时提供相对于最佳子集选择的优越预测性能的理由。我们的估算器可以表达为混合整数二阶圆锥优化问题的解决方案，因此，来自数学优化的现代计算工具可供使用。

我们在高维批处理设置中提出了统计上健壮和计算高效的线性学习方法，其中功能$ d $的数量可能超过样本量$ n $。在通用学习环境中，我们采用两种算法，具体取决于所考虑的损失函数是否为梯度lipschitz。然后，我们将我们的框架实例化，包括几种应用程序，包括香草稀疏，群 - 帕克斯和低升级矩阵恢复。对于每种应用，这导致了有效而强大的学习算法，这些算法在重尾分布和异常值的存在下达到了近乎最佳的估计率。对于香草$ S $ -SPARSITY，我们能够以重型尾巴和$ \ eta $ - 腐败的计算成本与非企业类似物相当的计算成本达到$ s \ log（d）/n $速率。我们通过开放源代码$ \ mathtt {python} $库提供了有效的算法实现文献中提出的最新方法。

High-dimensional data can often display heterogeneity due to heteroscedastic variance or inhomogeneous covariate effects. Penalized quantile and expectile regression methods offer useful tools to detect heteroscedasticity in high-dimensional data. The former is computationally challenging due to the non-smooth nature of the check loss, and the latter is sensitive to heavy-tailed error distributions. In this paper, we propose and study (penalized) robust expectile regression (retire), with a focus on iteratively reweighted $\ell_1$-penalization which reduces the estimation bias from $\ell_1$-penalization and leads to oracle properties. Theoretically, we establish the statistical properties of the retire estimator under two regimes: (i) low-dimensional regime in which $d \ll n$; (ii) high-dimensional regime in which $s\ll n\ll d$ with $s$ denoting the number of significant predictors. In the high-dimensional setting, we carefully characterize the solution path of the iteratively reweighted $\ell_1$-penalized retire estimation, adapted from the local linear approximation algorithm for folded-concave regularization. Under a mild minimum signal strength condition, we show that after as many as $\log(\log d)$ iterations the final iterate enjoys the oracle convergence rate. At each iteration, the weighted $\ell_1$-penalized convex program can be efficiently solved by a semismooth Newton coordinate descent algorithm. Numerical studies demonstrate the competitive performance of the proposed procedure compared with either non-robust or quantile regression based alternatives.

在本文中，我们利用过度参数化来设计高维单索索引模型的无规矩算法，并为诱导的隐式正则化现象提供理论保证。具体而言，我们研究了链路功能是非线性且未知的矢量和矩阵单索引模型，信号参数是稀疏向量或低秩对称矩阵，并且响应变量可以是重尾的。为了更好地理解隐含正规化的角色而没有过度的技术性，我们假设协变量的分布是先验的。对于载体和矩阵设置，我们通过采用分数函数变换和专为重尾数据的强大截断步骤来构造过度参数化最小二乘损耗功能。我们建议通过将无规则化的梯度下降应用于损耗函数来估计真实参数。当初始化接近原点并且步骤中足够小时，我们证明了所获得的解决方案在载体和矩阵案件中实现了最小的收敛统计速率。此外，我们的实验结果支持我们的理论调查结果，并表明我们的方法在$ \ ell_2 $ -staticatisticated率和变量选择一致性方面具有明确的正则化的经验卓越。

Sparse reduced rank regression is an essential statistical learning method. In the contemporary literature, estimation is typically formulated as a nonconvex optimization that often yields to a local optimum in numerical computation. Yet, their theoretical analysis is always centered on the global optimum, resulting in a discrepancy between the statistical guarantee and the numerical computation. In this research, we offer a new algorithm to address the problem and establish an almost optimal rate for the algorithmic solution. We also demonstrate that the algorithm achieves the estimation with a polynomial number of iterations. In addition, we present a generalized information criterion to simultaneously ensure the consistency of support set recovery and rank estimation. Under the proposed criterion, we show that our algorithm can achieve the oracle reduced rank estimation with a significant probability. The numerical studies and an application in the ovarian cancer genetic data demonstrate the effectiveness and scalability of our approach.

在这项工作中，我们将该算法考虑到（非线性）回归问题与$ \ ell_0 $罚款。用于$ \ ell_0 $基于$的优化问题的现有算法通常用固定的步长进行，并且选择适当的步长度取决于限制的强凸性和损耗功能的平滑度，因此难以计算计算。在Sprite的支持检测和根查找\ Cite {HJK2020}的思想中，我们提出了一种新颖且有效的数据驱动线搜索规则，以自适应地确定适当的步长。我们证明了绑定到所提出的算法的$ \ ell_2 $ error，而没有限制成本函数。在线性和逻辑回归问题中具有最先进的算法的大量数值比较显示了所提出的算法的稳定性，有效性和优越性。

我们提出了一种基于优化的基于优化的框架，用于计算差异私有M估算器以及构建差分私立置信区的新方法。首先，我们表明稳健的统计数据可以与嘈杂的梯度下降或嘈杂的牛顿方法结合使用，以便分别获得具有全局线性或二次收敛的最佳私人估算。我们在局部强大的凸起和自我协调下建立当地和全球融合保障，表明我们的私人估算变为对非私人M估计的几乎最佳附近的高概率。其次，我们通过构建我们私有M估计的渐近方差的差异私有估算来解决参数化推断的问题。这自然导致近​​似枢轴统计，用于构建置信区并进行假设检测。我们展示了偏置校正的有效性，以提高模拟中的小样本实证性能。我们说明了我们在若干数值例子中的方法的好处。

Iterative regularization is a classic idea in regularization theory, that has recently become popular in machine learning. On the one hand, it allows to design efficient algorithms controlling at the same time numerical and statistical accuracy. On the other hand it allows to shed light on the learning curves observed while training neural networks. In this paper, we focus on iterative regularization in the context of classification. After contrasting this setting with that of regression and inverse problems, we develop an iterative regularization approach based on the use of the hinge loss function. More precisely we consider a diagonal approach for a family of algorithms for which we prove convergence as well as rates of convergence. Our approach compares favorably with other alternatives, as confirmed also in numerical simulations.

In this book chapter, we briefly describe the main components that constitute the gradient descent method and its accelerated and stochastic variants. We aim at explaining these components from a mathematical point of view, including theoretical and practical aspects, but at an elementary level. We will focus on basic variants of the gradient descent method and then extend our view to recent variants, especially variance-reduced stochastic gradient schemes (SGD). Our approach relies on revealing the structures presented inside the problem and the assumptions imposed on the objective function. Our convergence analysis unifies several known results and relies on a general, but elementary recursive expression. We have illustrated this analysis on several common schemes.

We extend best-subset selection to linear Multi-Task Learning (MTL), where a set of linear models are jointly trained on a collection of datasets (``tasks''). Allowing the regression coefficients of tasks to have different sparsity patterns (i.e., different supports), we propose a modeling framework for MTL that encourages models to share information across tasks, for a given covariate, through separately 1) shrinking the coefficient supports together, and/or 2) shrinking the coefficient values together. This allows models to borrow strength during variable selection even when the coefficient values differ markedly between tasks. We express our modeling framework as a Mixed-Integer Program, and propose efficient and scalable algorithms based on block coordinate descent and combinatorial local search. We show our estimator achieves statistically optimal prediction rates. Importantly, our theory characterizes how our estimator leverages the shared support information across tasks to achieve better variable selection performance. We evaluate the performance of our method in simulations and two biology applications. Our proposed approaches outperform other sparse MTL methods in variable selection and prediction accuracy. Interestingly, penalties that shrink the supports together often outperform penalties that shrink the coefficient values together. We will release an R package implementing our methods.

Gradient boosting is a prediction method that iteratively combines weak learners to produce a complex and accurate model. From an optimization point of view, the learning procedure of gradient boosting mimics a gradient descent on a functional variable. This paper proposes to build upon the proximal point algorithm, when the empirical risk to minimize is not differentiable, in order to introduce a novel boosting approach, called proximal boosting. It comes with a companion algorithm inspired by [1] and called residual proximal boosting, which is aimed at better controlling the approximation error. Theoretical convergence is proved for these two procedures under different hypotheses on the empirical risk and advantages of leveraging proximal methods for boosting are illustrated by numerical experiments on simulated and real-world data. In particular, we exhibit a favorable comparison over gradient boosting regarding convergence rate and prediction accuracy.

我们提出了一种估计具有标称分类数据的高维线性模型的方法。我们的估算器，称为范围，通过使其相应的系数完全相等来融合水平。这是通过对分类变量的系数的阶数统计之间的差异之间的差异来实现这一点，从而聚类系数。我们提供了一种算法，用于精确和有效地计算在具有潜在许多级别的单个变量的情况下的总体上的最小值的全局最小值，并且在多变量情况下在块坐标血管下降过程中使用它。我们表明，利用未知级别融合的Oracle最小二乘解决方案是具有高概率的坐标血缘的极限点，只要真正的级别具有一定的最小分离;已知这些条件在单变量案例中最小。我们展示了在一系列实际和模拟数据集中的范围的有利性能。 R包的R包Catreg实现线性模型的范围，也可以在CRAN上提供逻辑回归的版本。

套索是一种高维回归的方法，当时，当协变量$ p $的订单数量或大于观测值$ n $时，通常使用它。由于两个基本原因，经典的渐近态性理论不适用于该模型：$（1）$正规风险是非平滑的； $（2）$估算器$ \ wideHat {\ boldsymbol {\ theta}} $与true参数vector $ \ boldsymbol {\ theta}^*$无法忽略。结果，标准的扰动论点是渐近正态性的传统基础。另一方面，套索估计器可以精确地以$ n $和$ p $大，$ n/p $的订单为一。这种表征首先是在使用I.I.D的高斯设计的情况下获得的。协变量：在这里，我们将其推广到具有非偏差协方差结构的高斯相关设计。这是根据更简单的``固定设计''模型表示的。我们在两个模型中各种数量的分布之间的距离上建立了非反应界限，它们在合适的稀疏类别中均匀地固定在信号上$ \ boldsymbol {\ theta}^*$。作为应用程序，我们研究了借助拉索的分布，并表明需要校正程度对于计算有效的置信区间是必要的。

异常值广泛发生在大数据应用中，可能严重影响统计估计和推理。在本文中，引入了抗强估计的框架，以强制任意给出的损耗函数。它与修剪方法密切连接，并且包括所有样本的显式外围参数，这反过来促进计算，理论和参数调整。为了解决非凸起和非体性的问题，我们开发可扩展的算法，以实现轻松和保证快速收敛。特别地，提出了一种新的技术来缓解对起始点的要求，使得在常规数据集上，可以大大减少数据重采样的数量。基于组合的统计和计算处理，我们能够超越M估计来执行非因思分析。所获得的抗性估算器虽然不一定全局甚至是局部最佳的，但在低维度和高维度中享有最小的速率最优性。回归，分类和神经网络的实验表明，在总异常值发生的情况下提出了拟议方法的优异性能。

最近有兴趣的兴趣在教师学生环境中的各种普遍性线性估计问题中的渐近重建性能研究，特别是对于I.I.D标准正常矩阵的案例。在这里，我们超越这些矩阵，并证明了具有具有任意界限频谱的旋转不变数据矩阵的凸遍的线性模型的重建性能的分析公式，严格地确认使用来自统计物理的副本衍生的猜想。该公式包括许多问题，例如压缩感测或稀疏物流分类。通过利用消息通过算法和迭代的统计特性来实现证明，允许表征估计器的渐近实证分布。我们的证据是基于构建Oracle多层向量近似消息传递算法的会聚序列的构建，其中通过检查等效动态系统的稳定性来完成收敛分析。我们说明了我们对主流学习方法的数值示例的要求，例如稀疏的逻辑回归和线性支持矢量分类器，显示中等大小模拟和渐近预测之间的良好一致性。

随机梯度下降血液（SGDM）是许多优化方案中的主要算法，包括凸优化实例和非凸神经网络训练。然而，在随机设置中，动量会干扰梯度噪声，通常导致特定的台阶尺寸和动量选择，以便保证收敛，留出加速。另一方面，近端点方法由于其数值稳定性和针对不完美调谐的弹性而产生了很多关注。他们随机加速的变体虽然已接受有限的注意：动量与（随机）近端点的稳定性相互作用仍然在很大程度上是不孤立的。为了解决这个问题，我们专注于随机近端点算法的动量（SPPAM）的收敛性和稳定性，并显示SPPAM与随机近端点算法（SPPA）相比具有更好的收缩因子的更快的线性收敛速度，如适当的HyperParameter调整。在稳定性方面，我们表明SPPAM取决于问题常数比SGDM更有利，允许更广泛的步长和导致收敛的动量。

我们解决了如何在没有严格缩放条件的情况下实现分布式分数回归中最佳推断的问题。由于分位数回归（QR）损失函数的非平滑性质，这是具有挑战性的，这使现有方法的使用无效。难度通过应用于本地（每个数据源）和全局目标函数的双光滑方法解决。尽管依赖局部和全球平滑参数的精致组合，但分位数回归模型是完全参数的，从而促进了解释。在低维度中，我们为顺序定义的分布式QR估计器建立了有限样本的理论框架。这揭示了通信成本和统计错误之间的权衡。我们进一步讨论并比较了基于WALD和得分型测试和重采样技术的反转的几种替代置信集结构，并详细介绍了对更极端分数系数有效的改进。在高维度中，采用了一个稀疏的框架，其中提出的双滑目标功能与$ \ ell_1 $ -penalty相辅相成。我们表明，相应的分布式QR估计器在近乎恒定的通信回合之后达到了全球收敛率。一项彻底的模拟研究进一步阐明了我们的发现。