我们考虑使用Black-Box建议进行凸功能追逐的问题，在线决策者旨在最大程度地降低规范矢量空间中决策之间的总成本和切换的总成本，并得到黑盒建议的帮助，例如机器学习算法。决策者在表现良好的情况下（称为$ \ textit {constancy} $时，都可以寻求与建议相当的成本，同时也确保最差的$ \ textit {robustness} $即使建议是对抗性的。我们首先考虑算法的常见范式，这些算法在建议的决策和竞争算法之间切换，这表明该课程中没有算法可以改善3次持续性，同时保持强大。然后，我们提出了两种新颖的算法，这些算法通过利用问题的凸度来绕过这一限制。第一个，Interp，Achie $（\ sqrt {2}+\ epsilon）$ - 一致性和$ \ Mathcal {o}（\ frac {c} {c} {\ epsilon^2}）$ - 任何$ \ epsilon> 0> 0 $，其中$ c $是用于凸起功能或其子类的算法的竞争比率。第二个，bdinterp，达到$（1+ \ epsilon）$ - 一致性和$ \ Mathcal {o}（\ frac {cd} {\ epsilon}）$ - 当问题界限直径$ d $时，稳健性。此外，我们表明，对于成本功能为$ \ alpha $ polyhedral的特殊情况，BDINTP实现了几乎最佳的一致性 - 持久性权衡。

我们研究了用于线性回归的主动采样算法，该算法仅旨在查询目标向量$ b \ in \ mathbb {r} ^ n $的少量条目，并将近最低限度输出到$ \ min_ {x \ In \ mathbb {r} ^ d} \ | ax-b \ | $，其中$ a \ in \ mathbb {r} ^ {n \ times d} $是一个设计矩阵和$ \ | \ cdot \ | $是一些损失函数。对于$ \ ell_p $ norm回归的任何$ 0 <p <\ idty $，我们提供了一种基于Lewis权重采样的算法，其使用只需$ \ tilde {o}输出$（1+ \ epsilon）$近似解决方案（d ^ {\ max（1，{p / 2}）} / \ mathrm {poly}（\ epsilon））$查询到$ b $。我们表明，这一依赖于$ D $是最佳的，直到对数因素。我们的结果解决了陈和Derezi的最近开放问题，陈和Derezi \'{n} Ski，他们为$ \ ell_1 $ norm提供了附近的最佳界限，以及$ p \中的$ \ ell_p $回归的次优界限（1,2） $。我们还提供了$ O的第一个总灵敏度上限（D ^ {\ max \ {1，p / 2 \} \ log ^ 2 n）$以满足最多的$ p $多项式增长。这改善了Tukan，Maalouf和Feldman的最新结果。通过将此与我们的技术组合起来的$ \ ell_p $回归结果，我们获得了一个使$ \ tilde o的活动回归算法（d ^ {1+ \ max \ {1，p / 2 \}} / \ mathrm {poly}。 （\ epsilon））$疑问，回答陈和德里兹的另一个打开问题{n}滑雪。对于Huber损失的重要特殊情况，我们进一步改善了我们对$ \ tilde o的主动样本复杂性的绑定（d ^ {（1+ \ sqrt2）/ 2} / \ epsilon ^ c）$和非活跃$ \ tilde o的样本复杂性（d ^ {4-2 \ sqrt 2} / \ epsilon ^ c）$，由于克拉克森和伍德拉夫而改善了Huber回归的以前的D ^ 4 $。我们的敏感性界限具有进一步的影响，使用灵敏度采样改善了各种先前的结果，包括orlicz规范子空间嵌入和鲁棒子空间近似。最后，我们的主动采样结果为每种$ \ ell_p $ norm提供的第一个Sublinear时间算法。

资源限制的在线分配问题是收入管理和在线广告中的核心问题。在这些问题中，请求在有限的地平线期间顺序到达，对于每个请求，决策者需要选择消耗一定数量资源并生成奖励的动作。目标是最大限度地提高累计奖励，这是对资源总消费的限制。在本文中，我们考虑一种数据驱动的设置，其中使用决策者未知的输入模型生成每个请求的奖励和资源消耗。我们设计了一般的算法算法，可以在各种输入模型中实现良好的性能，而不知道它们面临的类型类型。特别是，我们的算法在独立和相同的分布式输入以及各种非静止随机输入模型下是渐近的最佳选择，并且当输入是对抗性时，它们达到渐近最佳的固定竞争比率。我们的算法在Lagrangian双色空间中运行：它们为使用在线镜像血管更新的每个资源维护双倍乘数。通过相应地选择参考功能，我们恢复双梯度下降和双乘法权重更新算法。与现有的在线分配问题的现有方法相比，所产生的算法简单，快速，不需要在收入函数，消费函数和动作空间中凸起。我们将应用程序讨论到网络收入管理，在线竞标，重复拍卖，预算限制，与高熵的在线比例匹配，以及具有有限库存的个性化分类优化。

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。

我们考虑在线线性优化问题，在每个步骤中，算法在单位球中播放点x_t $，损失$ \ langle c_t，x_t \ rangle $，x_t \ rangle $ for for some成本向量$ c_t $那么透露算法。最近的工作表明，如果算法接收到与$ C_T $之前的invial相关的提示$ h_t $，则它可以达到$ o（\ log t）$的遗憾保证，从而改善标准设置中$ \ theta（\ sqrt {t}）$。在这项工作中，我们研究了算法是否真正需要在每次步骤中需要提示的问题。有些令人惊讶的是，我们表明，只需在自然查询模型下只需在$ O（\ SQRT {T}）$暗示即可获得$ O（\ log t）$后悔;相比之下，我们还显示$ o（\ sqrt {t}）$提示不能优于$ \ omega（\ sqrt {t}）$后悔。我们为我们的结果提供了两种应用，以乐观的遗憾界限和弃权问题的乐观遗憾。

我们考虑使用对抗鲁棒性学习的样本复杂性。对于此问题的大多数现有理论结果已经考虑了数据中不同类别在一起或重叠的设置。通过一些实际应用程序，我们认为，相比之下，存在具有完美精度和稳健性的分类器的分类器的良好分离的情况，并表明样品复杂性叙述了一个完全不同的故事。具体地，对于线性分类器，我们显示了大类分离的分布式，其中任何算法的预期鲁棒丢失至少是$ \ω（\ FRAC {D} {n}）$，而最大边距算法已预期标准亏损$ o（\ frac {1} {n}）$。这表明了通过现有技术不能获得的标准和鲁棒损耗中的间隙。另外，我们介绍了一种算法，给定鲁棒率半径远小于类之间的间隙的实例，给出了预期鲁棒损失的解决方案是$ O（\ FRAC {1} {n}）$。这表明，对于非常好的数据，可实现$ O（\ FRAC {1} {n}）$的收敛速度，否则就是这样。我们的结果适用于任何$ \ ell_p $ norm以$ p> 1 $（包括$ p = \ idty $）为稳健。

我们通过反馈信息研究了离线和在线上下文优化的问题，而不是观察损失，我们会在事后观察到最佳的动作，而是对目标功能充分了解的甲骨文。我们的目标是最大程度地减少遗憾，这被定义为我们的损失与全知的甲骨所产生的损失之间的区别。在离线设置中，决策者可以从过去段中获得信息，并且需要做出一个决策，而在在线环境中，决策者在每个时期内都会动态地基于一组新的可行动作和上下文功能，以动态进行决策。 。对于离线设置，我们表征了最佳的最小策略，确定可以实现的性能，这是数据引起的信息的基础几何形状的函数。在在线环境中，我们利用这种几何表征来优化累积遗憾。我们开发了一种算法，该算法在时间范围内产生了对数的第一个遗憾。

我们研究随机的在线资源分配：决策者需要分配有限的资源来为随机生成的顺序派遣请求，以最大程度地提高奖励。通过练习，我们考虑了一个数据驱动的设置，在该设置中，请求独立于决策者未知的分布。过去已经对在线资源分配及其特殊情况进行了广泛的研究，但是这些先前的结果至关重要和普遍地依赖于一个实际上不可能的假设：请求总数（地平线）是决策者事先知道的。在许多应用程序（例如收入管理和在线广告）中，由于需求或用户流量强度的波动，请求的数量可能差异很大。在这项工作中，我们开发了在线算法，这些算法对地平线不确定性是可靠的。与已知的马环境形成鲜明对比的是，我们表明没有算法可以达到与视野不确定性无关的恒定渐近竞争比率。然后，我们引入了一种新型算法，该算法将双镜下降与精心选择的目标消耗序列结合在一起，并证明其达到了有限的竞争比率。从地平线不确定性增长时，我们的竞争比达到了最佳生长速率，我们的算法几乎是最佳的。

我们考虑带有背包的土匪（从此以后，BWK），这是一种在供应/预算限制下的多臂土匪的通用模型。特别是，强盗算法需要解决一个众所周知的背包问题：找到最佳的物品包装到有限尺寸的背包中。 BWK问题是众多激励示例的普遍概括，范围从动态定价到重复拍卖，再到动态AD分配，再到网络路由和调度。尽管BWK的先前工作集中在随机版本上，但我们开创了可以在对手身上选择结果的另一个极端。与随机版本和“经典”对抗土匪相比，这是一个更加困难的问题，因为遗憾的最小化不再可行。相反，目的是最大程度地减少竞争比率：基准奖励与算法奖励的比率。我们设计了一种具有竞争比O（log t）的算法，相对于动作的最佳固定分布，其中T是时间范围；我们还证明了一个匹配的下限。关键的概念贡献是对问题的随机版本的新观点。我们为随机版本提出了一种新的算法，该算法是基于重复游戏中遗憾最小化的框架，并且与先前的工作相比，它具有更简单的分析。然后，我们为对抗版本分析此算法，并将其用作求解后者的子例程。

We initiate a formal study of reproducibility in optimization. We define a quantitative measure of reproducibility of optimization procedures in the face of noisy or error-prone operations such as inexact or stochastic gradient computations or inexact initialization. We then analyze several convex optimization settings of interest such as smooth, non-smooth, and strongly-convex objective functions and establish tight bounds on the limits of reproducibility in each setting. Our analysis reveals a fundamental trade-off between computation and reproducibility: more computation is necessary (and sufficient) for better reproducibility.

当在未知约束集中任意变化的分布中生成数据时，我们会考虑使用专家建议的预测。这种半反向的设置包括（在极端）经典的I.I.D.设置时，当未知约束集限制为单身人士时，当约束集是所有分布的集合时，不受约束的对抗设置。对冲状态中，对冲算法（长期以来已知是最佳的最佳速率（速率））最近被证明是对I.I.D.的最佳最小值。数据。在这项工作中，我们建议放松I.I.D.通过在约束集的所有自然顺序上寻求适应性来假设。我们在各个级别的Minimax遗憾中提供匹配的上限和下限，表明确定性学习率的对冲在极端之外是次优的，并证明人们可以在各个级别的各个层面上都能适应Minimax的遗憾。我们使用以下规范化领导者（FTRL）框架实现了这种最佳适应性，并采用了一种新型的自适应正则化方案，该方案隐含地缩放为当前预测分布的熵的平方根，而不是初始预测分布的熵。最后，我们提供了新的技术工具来研究FTRL沿半逆转频谱的统计性能。

我们研究了改进的多臂匪徒（IMAB）问题，其中从手臂获得的奖励随着收到的拉力数量而增加。该模型为教育和就业等领域中的许多现实世界问题提供了优雅的抽象，在这种领域中，关于机会分配的决定可能会影响社区的未来能力以及它们之间的差异。在这种情况下，决策者必须考虑她的决策对未来奖励的影响，除了随时最大化其累积奖励的标准目标。在许多这些应用中，决策者的时间范围未知，这激发了在技术上更具挑战性的地平线环境中对IMAB问题的研究。我们研究了地平线 - 统一环境中两个看似相互冲突的目标之间产生的紧张：a）根据武器的当前奖励，在任何时候最大化累积奖励，b）确保具有更好的长期奖励的武器获得足够的机会即使他们最初的奖励很低。我们表明，令人惊讶的是，在这种情况下，这两个目标是相互对齐的。我们的主要贡献是对IMAB问题的任何时间算法，它可以获得最佳的累积奖励，同时确保武器在足够的时间内发挥其真正的潜力。由于缺乏机会，我们的算法减轻了最初的差异，并继续拉动手臂直到停止改善。我们通过证明a）imab问题的任何算法来证明我们的算法的最佳性，无论其功利主义，无论多么有效，都必须遭受$ \ omega（t）$政策后悔和$ \ omega（k）$竞争比率相对于最佳的比例离线政策和b）我们算法的竞争比率为$ O（k）$。

我们考虑与高斯数据的高维线性回归中的插值学习，并在类高斯宽度方面证明了任意假设类别中的内插器的泛化误差。将通用绑定到欧几里德常规球恢复了Bartlett等人的一致性结果。（2020）对于最小规范内插器，并确认周等人的预测。（2020）在高斯数据的特殊情况下，对于近乎最小常态的内插器。我们通过将其应用于单位来证明所界限的一般性，从而获得最小L1-NORM Interpoolator（基础追踪）的新型一致性结果。我们的结果表明，基于规范的泛化界限如何解释并用于分析良性过度装备，至少在某些设置中。

We study the relationship between adversarial robustness and differential privacy in high-dimensional algorithmic statistics. We give the first black-box reduction from privacy to robustness which can produce private estimators with optimal tradeoffs among sample complexity, accuracy, and privacy for a wide range of fundamental high-dimensional parameter estimation problems, including mean and covariance estimation. We show that this reduction can be implemented in polynomial time in some important special cases. In particular, using nearly-optimal polynomial-time robust estimators for the mean and covariance of high-dimensional Gaussians which are based on the Sum-of-Squares method, we design the first polynomial-time private estimators for these problems with nearly-optimal samples-accuracy-privacy tradeoffs. Our algorithms are also robust to a constant fraction of adversarially-corrupted samples.

我们在学习增强的设置中研究基本的在线K-Server问题。虽然在传统的在线模型中，算法没有关于请求序列的信息，我们假设在算法的决定上给出了一些建议（例如机器学习预测）。但是，没有保证预测的质量，可能远非正确。我们的主要结果是线路上的K-Server众所周知的双覆盖算法的学习变化（Chrobak等，Sidma 1991），我们将预测整合在一起，以及我们对其质量的信任。我们给出了错误依赖性的竞争比率，这是用户定义的置信度参数的函数，并且在最佳一致性之间平滑地插值，在所有预测是正确的情况下的性能，以及无论预测如何，都是最佳的鲁棒性质量。当给定良好的预测时，我们在没有建议的情况下改善在线算法的下限。我们进一步表明，我们的算法在一类关于局部和记忆属性的确定性算法中实现了任何K几乎最佳的一致性 - 鲁棒性权衡。我们的算法优于先前提出的（更通用的）学习增强算法。上一算法非常重要，这是至关重要的存储器，而我们的算法无记忆。最后，我们展示了实验性的实用性和算法在真实数据上的卓越性能。

在线分配资源限制问题具有丰富的运营研究历史记录。在本文中，我们介绍了\ emph {正常的在线分配问题}，该变体包括用于总资源消耗的非线性规范器。在此问题中，请求多次到达，对于每个请求，决策者需要采取生成奖励和消耗资源的操作。目的是同时最大化可分离可分离的奖励和受资源限制的不可分级规范器的值。我们的主要动机是允许决策者履行可分离目标，例如与辅助，不可分配的目标的经济效率，例如分配的公平或公平。我们设计了一种简单，快速，并且具有随机I.I.D的良好性能的算法。〜和对抗的投入。特别是，我们的算法在随机I.I.D下渐近最佳。输入模型并达到固定的竞争比率，当输入是对越野的时，取决于常规管道。此外，算法和分析不需要贡献函数和消耗函数的凸起或凹面，这允许更多的模型灵活性。数值实验证实了算法在互联网广告应用中的算法和正则化的有效性。

在负面的感知问题中，我们给出了$ n $数据点$（{\ boldsymbol x} _i，y_i）$，其中$ {\ boldsymbol x} _i $是$ d $ -densional vector和$ y_i \ in \ { + 1，-1 \} $是二进制标签。数据不是线性可分离的，因此我们满足自己的内容，以找到最大的线性分类器，具有最大的\ emph {否定}余量。换句话说，我们想找到一个单位常规矢量$ {\ boldsymbol \ theta} $，最大化$ \ min_ {i \ le n} y_i \ langle {\ boldsymbol \ theta}，{\ boldsymbol x} _i \ rangle $ 。这是一个非凸优化问题（它相当于在Polytope中找到最大标准矢量），我们在两个随机模型下研究其典型属性。我们考虑比例渐近，其中$ n，d \ to \ idty $以$ n / d \ to \ delta $，并在最大边缘$ \ kappa _ {\ text {s}}（\ delta）上证明了上限和下限）$或 - 等效 - 在其逆函数$ \ delta _ {\ text {s}}（\ kappa）$。换句话说，$ \ delta _ {\ text {s}}（\ kappa）$是overparametization阈值：以$ n / d \ le \ delta _ {\ text {s}}（\ kappa） - \ varepsilon $一个分类器实现了消失的训练错误，具有高概率，而以$ n / d \ ge \ delta _ {\ text {s}}（\ kappa）+ \ varepsilon $。我们在$ \ delta _ {\ text {s}}（\ kappa）$匹配，以$ \ kappa \ to - \ idty $匹配。然后，我们分析了线性编程算法来查找解决方案，并表征相应的阈值$ \ delta _ {\ text {lin}}（\ kappa）$。我们观察插值阈值$ \ delta _ {\ text {s}}（\ kappa）$和线性编程阈值$ \ delta _ {\ text {lin {lin}}（\ kappa）$之间的差距，提出了行为的问题其他算法。

在社会背景下的算法决策，例如零售定价，贷款管理，在线平台上的建议等，通常涉及为了学习而进行决策的实验，这导致受这些决策影响的人们的不公平感知。因此，有必要在此类决策过程中嵌入适当的公平概念。本文的目的是通过一种新颖的元观念来强调公平的时间概念与在线决策之间的丰富界面，以确保在决策时确保公平。考虑到静态决策的一些任意比较公平概念（例如，学生最多应支付一般成人价格的90％），如果满足上述公平概念，则相应的在线决策算法在决策时满足公平性对于任何与过去的决定相比，收到决定的任何实体。我们表明，这一基本要求引入了在线决策中的新方法论挑战。我们说明了在随机凸优化的背景下，在比较公平的约束下，在随机凸优化的背景下解决这些挑战所必需的新方法，该方法取决于实体所收到的决策，这取决于过去每个人都收到的决策。该论文展示了由于时间公平的关注而引起的在线决策中的新研究机会。

在这项工作中，我们研究了数据驱动的决策，并偏离了经典的相同和独立分布（I.I.D.）假设。我们提出了一个新的框架，其中我们将历史样本从未知和不同的分布中产生，我们将其配置为异质环境。假定这些分布位于具有已知半径的异质球中，并围绕（也是）未知的未来（样本外）分布，将评估决策的表现。我们量化了中央数据驱动的策略（例如样本平均近似值，也可以通过速率优势）来量化的渐近性最坏案例遗憾，这是异质性球半径的函数。我们的工作表明，在问题类别和异质性概念的不同组合中，可实现的性能类型的变化很大。我们通过比较广泛研究的数据驱动问题（例如定价，滑雪租赁和新闻顾问）的异质版本来证明框架的多功能性。在途中，我们在数据驱动的决策和分配强大的优化之间建立了新的联系。

我们研究了非参数在线回归中的快速收敛速度，即遗憾的是关于具有有界复杂度的任意函数类来定义后悔。我们的贡献是两倍： - 在绝对损失中的非参数网上回归的可实现设置中，我们提出了一种随机适当的学习算法，该算法在假设类的顺序脂肪破碎尺寸方面获得了近乎最佳的错误。在与一类Littlestone维度$ D $的在线分类中，我们的绑定减少到$ d \ cdot {\ rm poly} \ log t $。这结果回答了一个问题，以及适当的学习者是否可以实现近乎最佳错误的界限;以前，即使在线分类，绑定的最知名错误也是$ \ tilde o（\ sqrt {dt}）$。此外，对于真实值（回归）设置，在这项工作之前，界定的最佳错误甚至没有以不正当的学习者所知。 - 使用上述结果，我们展示了Littlestone维度$ D $的一般总和二进制游戏的独立学习算法，每个玩家达到后悔$ \ tilde o（d ^ {3/4} \ cdot t ^ {1 / 4}）$。该结果概括了Syrgkanis等人的类似结果。 （2015）谁表明，在有限的游戏中，最佳遗憾可以从普通的o（\ sqrt {t}）$中的$ o（\ sqrt {t}）为游戏设置中的$ o（t ^ {1/4}）$。要建立上述结果，我们介绍了几种新技术，包括：分层聚合规则，以实现对实际类别的最佳错误，Hanneke等人的适当在线可实现学习者的多尺度扩展。 （2021），一种方法来表明这种非参数学习算法的输出是稳定的，并且证明Minimax定理在所有在线学习游戏中保持。