在机器学习中最大化的是一项基本任务，在本文中，我们研究了经典的Matroid约束下的删除功能强大版本。在这里，目标是提取数据集的小尺寸摘要，即使在对手删除了一些元素之后，该数据集包含高价值独立集。我们提出了恒定因素近似算法，其空间复杂性取决于矩阵的等级$ k $和已删除元素的数字$ d $。在集中式设置中，我们提出$（4.597+o（\ varepsilon））$ - 近似算法，带有摘要大小$ o（\ frac {k+d} {\ varepsilon^2} \ log \ log \ frac \ frac {k} }）$将$（3.582 + o（\ varepsilon））$（k + \ frac {d} {\ varepsilon^2} \ log \ frac {k} {k} {\ varepsilon}） $摘要大小是单调的。在流设置中，我们提供$（9.435 + o（\ varepsilon））$ - 带有摘要大小和内存$ o的近似算法$（k + \ frac {d} {\ varepsilon^2} \ log \ log \ frac {k} {k} {k} {k} {k} {k} { \ varepsilon}）$;然后，将近似因子提高到单调盒中的$（5.582+o（\ varepsilon））$。

我们研究动态算法，以便在$ N $插入和删除流中最大化单调子模块功能的问题。我们显示任何维护$（0.5+ epsilon）$ - 在基数约束下的近似解决方案的算法，对于任何常数$ \ epsilon> 0 $，必须具有$ \ mathit {polynomial} $的摊销查询复杂性$ n $。此外，需要线性摊销查询复杂性，以维持0.584美元 - 批量的解决方案。这与近期[LMNF + 20，MON20]的最近动态算法相比，达到$（0.5- \ epsilon）$ - 近似值，与$ \ mathsf {poly} \ log（n）$摊销查询复杂性。在正面，当流是仅插入的时候，我们在基数约束下的问题和近似的Matroid约束下提供有效的算法，近似保证$ 1-1 / e-\ epsilon $和摊销查询复杂性$ \ smash {o （\ log（k / \ epsilon）/ \ epsilon ^ 2）} $和$ \ smash {k ^ {\ tilde {o}（1 / \ epsilon ^ 2）} \ log n} $，其中$ k $表示基数参数或Matroid的等级。

本文展示了如何适应$ k $ -MEANS问题的几种简单和经典的基于采样的算法，以使用离群值设置。最近，Bhaskara等人。 （Neurips 2019）展示了如何将古典$ K $ -MEANS ++算法适应与异常值的设置。但是，他们的算法需要输出$ o（\ log（k）\ cdot z）$ outiers，其中$ z $是true Outliers的数量，以匹配$ o（\ log k）$ - 近似值的$ k的近似保证$ -Means ++。在本文中，我们以他们的想法为基础，并展示了如何适应几个顺序和分布式的$ k $ - 均值算法，但使用离群值来设置，但具有更强的理论保证：我们的算法输出$（1+ \ VAREPSILON）z $ OUTLIERS Z $ OUTLIERS在实现$ o（1 / \ varepsilon）$ - 近似目标函数的同时。在顺序世界中，我们通过改编Lattanzi和Sohler的最新算法来实现这一目标（ICML 2019）。在分布式设置中，我们适应了Guha等人的简单算法。 （IEEE Trans。知道和数据工程2003）以及Bahmani等人的流行$ K $ -Means $ \ | $。 （PVLDB 2012）。我们技术的理论应用是一种具有运行时间$ \ tilde {o}（nk^2/z）$的算法，假设$ k \ ll z \ ll n $。这与Omacle模型中此问题的$ \ Omega（NK^2/z）$的匹配下限相互补。

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。

We study the problem of graph clustering under a broad class of objectives in which the quality of a cluster is defined based on the ratio between the number of edges in the cluster, and the total weight of vertices in the cluster. We show that our definition is closely related to popular clustering measures, namely normalized associations, which is a dual of the normalized cut objective, and normalized modularity. We give a linear time constant-approximate algorithm for our objective, which implies the first constant-factor approximation algorithms for normalized modularity and normalized associations.

单调可行的算法的开发，受基数约束（SMCC）的基本最大化产生了两个单独的研究方向：具有低自适应复杂性的集中算法，需要随机访问整个数据集；并分布式MAPREDUCE（MR）模型算法，这些算法使用少量的MR回合计算。目前，众所周知，没有MR Model算法使用均值的自适应回合，从而限制了其实际性能。我们在分布式设置中研究了SMCC问题，并介绍了三种单独的MR模型算法，这些算法在分布式设置中引入了sublinear适应性。我们的主要算法，Dash实现了$ \ frac {1} {2} {2}（1-1/e- \ varepsilon）$的近似值，而使用一个MR圆形，而其多轮变体元数据启用MR模型算法可以在大型上运行。以前不可能的基数约束。使用一个和$（$ \ frac {3} {8} {8} - \ varepsilon $）和（$ 1-1/e- \ varepsilon $）的两种附加算法T-DASH和G-DASH提供了改进的比率为（$ \ frac {3} {8} - \ varepsilon $） 1/\ Varepsilon）$ MR ROUNDS。我们所有提出的算法都具有肌关系的自适应复杂性，我们提供了广泛的经验证据来确定：仪表率是比最先进的分布式算法快的数量级，同时产生了几乎相同的溶液值；并验证仪表板在集中和分布式数据上获得可行解决方案时的多功能性。

在本文中，我们研究了经典的少量最大化问题，但在非自适应和适应性环境下都受到群体公平限制。已经表明，许多机器学习应用程序的效用函数，包括数据汇总，影响社交网络中的最大化和个性化建议，都满足了子义的属性。因此，在许多应用程序的核心中可以找到受到各种限制的最大化函数。在高水平上，少量最大化旨在选择一组大多数代表性项目（例如，数据点）。但是，大多数现有算法的设计并未包含公平的约束，从而导致某些特定组的不足或过分代表。这激发了我们研究公平的supsodular最大化问题，我们旨在选择一组项目，以最大化（可能是非单调的）suppodular效用功能，但要受群体公平约束。为此，我们为此问题开发了第一个常数因子近似算法。我们的算法的设计足够强大，可以扩展到更复杂的自适应设置下解决suppodular的最大化问题。此外，我们将研究进一步扩展到整合全球基础性约束。

图形上的分层聚类是数据挖掘和机器学习中的一项基本任务，并在系统发育学，社交网络分析和信息检索等领域中进行了应用。具体而言，我们考虑了由于Dasgupta引起的层次聚类的最近普及的目标函数。以前（大约）最小化此目标函数的算法需要线性时间/空间复杂性。在许多应用程序中，底层图的大小可能很大，即使使用线性时间/空间算法，也可以在计算上具有挑战性。结果，人们对设计只能使用sublinear资源执行全局计算的算法有浓厚的兴趣。这项工作的重点是在三个经过良好的sublinear计算模型下研究大量图的层次聚类，分别侧重于时空，时间和通信，作为要优化的主要资源：（1）（动态）流模型。边缘作为流，（2）查询模型表示，其中使用邻居和度查询查询图形，（3）MPC模型，其中图边缘通过通信通道连接的几台机器进行了分区。我们在上面的所有三个模型中设计用于层次聚类的sublinear算法。我们算法结果的核心是图表中的剪切方面的视图，这使我们能够使用宽松的剪刀示意图进行分层聚类，同时仅引入目标函数中的较小失真。然后，我们的主要算法贡献是如何在查询模型和MPC模型中有效地构建所需形式的切割稀疏器。我们通过建立几乎匹配的下限来补充我们的算法结果，该界限排除了在每个模型中设计更好的算法的可能性。

多样性最大化是数据汇总，Web搜索和推荐系统中广泛应用的基本问题。给定$ n $元素的$ x $元素，它要求选择一个$ k \ ll n $元素的子集$ s $，具有最大\ emph {多样性}，这是由$ s $中元素之间的差异量化的。在本文中，我们关注流媒体环境中公平限制的多样性最大化问题。具体而言，我们考虑了最大值的多样性目标，该目标选择了一个子集$ s $，该子集$ s $最大化了其中任何一对不同元素之间的最小距离（不同）。假设集合$ x $通过某些敏感属性（例如性别或种族）将$ m $ discoint组分为$ m $ discoint组，确保\ emph {fairness}要求所选的子集$ s $包含每个组$ i的$ k_i $ e元素\在[1，m] $中。流算法应在一个通过中顺序处理$ x $，并返回具有最大\ emph {多样性}的子集，同时保证公平约束。尽管对多样性的最大化进行了广泛的研究，但唯一可以与最大值多样性目标和公平性约束的唯一已知算法对数据流非常低效。由于多样性最大化通常是NP-HARD，因此我们提出了两个在数据流中最大化的公平多样性的近似算法，其中第一个是$ \ frac {1- \ varepsilon} {4} {4} $ - 近似于$ m = 2 $，其中$ \ varepsilon \ in（0,1）$，第二个实现了$ \ frac {1- \ varepsilon} {3m+2} $ - 任意$ m $的近似值。现实世界和合成数据集的实验结果表明，两种算法都提供了与最新算法相当的质量解决方案，同时在流式设置中运行多个数量级。

SemideFinite编程（SDP）是一个统一的框架，可以概括线性编程和四二次二次编程，同时在理论和实践中也产生有效的求解器。但是，当覆盖SDP的约束以在线方式到达时，存在近似最佳解决方案的已知结果。在本文中，我们研究了在线涵盖线性和半决赛程序，其中通过可能错误的预测指标的建议增强了算法。我们表明，如果预测变量是准确的，我们可以有效地绕过这些不可能的结果，并在最佳解决方案（即一致性）上实现恒定因素近似值。另一方面，如果预测变量不准确，在某些技术条件下，我们取得的结果既匹配经典的最佳上限和紧密的下限，则达到恒定因素，即稳健性。更广泛地，我们引入了一个框架，该框架既扩展了（1）由Bamas，Maggiori和Svensson（Neurips 2020）研究的机器学习预测变量增加的在线套装问题，以及（2）在线覆盖SDP问题，由SDP问题发起。 Elad，Kale和Naor（ICALP 2016）。具体而言，我们获得了一般的在线学习算法，用于涵盖具有分数建议和约束的线性程序，并启动学习启发算法以涵盖SDP问题的研究。我们的技术基于Buchbinder和NAOR的原始二次框架（操作研究的数学，34，2009），并且可以进一步调整以处理变量位于有限区域的约束，即框约束。

Arthur和Vassilvitskii的著名$ K $ -MEANS ++算法[SODA 2007]是解决实践中$ K $ - 英镑问题的最流行方式。该算法非常简单：它以随机的方式均匀地对第一个中心进行采样，然后始终将每个$ K-1 $中心的中心取样与迄今为止最接近最接近中心的平方距离成比例。之后，运行了劳埃德的迭代算法。已知$ k $ -Means ++算法可以返回预期的$ \ theta（\ log K）$近似解决方案。在他们的开创性工作中，Arthur和Vassilvitskii [Soda 2007]询问了其以下\ emph {greedy}的保证：在每一步中，我们采样了$ \ ell $候选中心，而不是一个，然后选择最小化新的中心成本。这也是$ k $ -Means ++在例如中实现的方式。流行的Scikit-Learn库[Pedregosa等人； JMLR 2011]。我们为贪婪的$ k $ -Means ++提供几乎匹配的下限和上限：我们证明它是$ o（\ ell^3 \ log^3 k）$ - 近似算法。另一方面，我们证明了$ \ omega的下限（\ ell^3 \ log^3 k / \ log^2（\ ell \ log k））$。以前，只有$ \ omega（\ ell \ log k）$下限是已知的[bhattacharya，eube，r \“ ogllin，schmidt; esa 2020），并且没有已知的上限。

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。

Consider the following abstract coin tossing problem: Given a set of $n$ coins with unknown biases, find the most biased coin using a minimal number of coin tosses. This is a common abstraction of various exploration problems in theoretical computer science and machine learning and has been studied extensively over the years. In particular, algorithms with optimal sample complexity (number of coin tosses) have been known for this problem for quite some time. Motivated by applications to processing massive datasets, we study the space complexity of solving this problem with optimal number of coin tosses in the streaming model. In this model, the coins are arriving one by one and the algorithm is only allowed to store a limited number of coins at any point -- any coin not present in the memory is lost and can no longer be tossed or compared to arriving coins. Prior algorithms for the coin tossing problem with optimal sample complexity are based on iterative elimination of coins which inherently require storing all the coins, leading to memory-inefficient streaming algorithms. We remedy this state-of-affairs by presenting a series of improved streaming algorithms for this problem: we start with a simple algorithm which require storing only $O(\log{n})$ coins and then iteratively refine it further and further, leading to algorithms with $O(\log\log{(n)})$ memory, $O(\log^*{(n)})$ memory, and finally a one that only stores a single extra coin in memory -- the same exact space needed to just store the best coin throughout the stream. Furthermore, we extend our algorithms to the problem of finding the $k$ most biased coins as well as other exploration problems such as finding top-$k$ elements using noisy comparisons or finding an $\epsilon$-best arm in stochastic multi-armed bandits, and obtain efficient streaming algorithms for these problems.

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。

对于最大化单调的问题，子模块功能相对于基数限制为$ K $ k $ k $ k $ $ n $ n $，我们提供了一种在其经验性能和其上实现最先进的算法理论属性，就适应性复杂性，查询复杂性和近似率而言;也就是说，它获得了高概率，查询复杂度$ O（n）$的期望，适应$ o（\ log（n））$，近似1-1 / e $的近似比。主要算法由可能是独立兴趣的两个组件组装。我们的算法的第一个组件LineArseq，可用作提高许多算法的查询复杂性的预处理算法。此外，LineArseq的变体显示为具有O $ O（n / k））$的自适应复杂性，其小于文献中的任何先前算法的自适应复杂性。第二组件是一个并行阈值处理过程阈值问题，用于添加具有高于恒定阈值的增益的元素。最后，我们展示了我们的主要算法在运行时，自适应轮次，总查询和客观值方面经验胜过，以前的最先进的算法，以六个子模块物理函数快速评估。

我们开发了一种高效的随机块模型中的弱恢复算法。该算法与随机块模型的Vanilla版本的最佳已知算法的统计保证匹配。从这个意义上讲，我们的结果表明，随机块模型没有稳健性。我们的工作受到最近的银行，Mohanty和Raghavendra（SODA 2021）的工作，为相应的区别问题提供了高效的算法。我们的算法及其分析显着脱离了以前的恢复。关键挑战是我们算法的特殊优化景观：种植的分区可能远非最佳意义，即完全不相关的解决方案可以实现相同的客观值。这种现象与PCA的BBP相转变的推出效应有关。据我们所知，我们的算法是第一个在非渐近设置中存在这种推出效果的鲁棒恢复。我们的算法是基于凸优化的框架的实例化（与平方和不同的不同），这对于其他鲁棒矩阵估计问题可能是有用的。我们的分析的副产物是一种通用技术，其提高了任意强大的弱恢复算法的成功（输入的随机性）从恒定（或缓慢消失）概率以指数高概率。

Models for the processes by which ideas and influence propagate through a social network have been studied in a number of domains, including the diffusion of medical and technological innovations, the sudden and widespread adoption of various strategies in game-theoretic settings, and the effects of "word of mouth" in the promotion of new products. Motivated by the design of viral marketing strategies, Domingos and Richardson posed a fundamental algorithmic problem for such social network processes: if we can try to convince a subset of individuals to adopt a new product or innovation, and the goal is to trigger a large cascade of further adoptions, which set of individuals should we target?We consider this problem in several of the most widely studied models in social network analysis. The optimization problem of selecting the most influential nodes is NP-hard here. The two conference papers upon which this article is based (KDD 2003 and ICALP 2005) provide the first provable approximation guarantees for efficient algorithms. Using an The present article is an expanded version of two conference papers [51,52], which appeared in KDD 2003 and ICALP 2005, respectively.

在机器学习，游戏理论和控制理论中解决各种应用，极限优化已经是中心。因此，目前的文献主要集中于研究连续结构域中的这些问题，例如，凸凹minalax优化现在在很大程度上被理解。然而，最小的问题远远超出连续域以混合连续离散域或甚至完全离散域。在本文中，我们研究了混合连续离散的最小问题，其中最小化在属于欧几里德空间的连续变量上，最大化是在给定地面集的子集上。我们介绍了凸子蒙皮最小新的类问题，其中物镜相对于连续变量和子模块相对于离散变量凸出。尽管这些问题在机器学习应用中经常出现，但对于如何从算法和理论观点来解决它们的知之甚少。对于此类问题，我们首先表明获得鞍点难以达到任何近似，因此引入了（近）最优性的新概念。然后，我们提供了若干算法程序，用于解决凸且单调 - 子模块硬币问题，并根据我们最佳的概念来表征其收敛率，计算复杂性和最终解决方案的质量。我们所提出的算法迭代并组合离散和连续优化的工具。最后，我们提供了数字实验，以展示我们所用方法的有效性。

我们考虑在线无替代环境中的$ k $ - emeans集群，其中一个人必须在流媒体传输时立即拍摄每个数据点$ x_t $ x_t $。我们的作品专注于\ emph {任意订单}假设没有限制点数$ x $如何订购或生成。与最佳聚类成本相比，在其近似值中评估该设置中的算法，它们选择的中心数及其内存使用率。最近，Bhattacharjee和Moshkovitz（2020）定义了一个参数，$ lower _ {\ alpha，k}（x）$，它控制最小的中心数量的任何$ \ alpha $-xpruckatimation聚类算法，必须给予任何金额输入$ x $。为了补充结果，我们提供了第一个算法，它需要$ \ tilde {o}（下_ {\ alpha，k}（x））$中心（k，log n $）同时实现恒定近似除了保存中心所需的内存之外，还使用$ \ tilde {o}（k）$内存。我们的算法显示它在无替代设置中，可以在使用很少的额外内存时占用订单 - 最佳中心。

K-MEDIAN和K-MEACE是聚类算法的两个最受欢迎的目标。尽管有密集的努力，但对这些目标的近似性很好地了解，特别是在$ \ ell_p $ -metrics中，仍然是一个重大的开放问题。在本文中，我们在$ \ ell_p $ -metrics中显着提高了文献中已知的近似因素的硬度。我们介绍了一个名为Johnson覆盖假说（JCH）的新假设，这大致断言设定系统上的良好的Max K-Coverage问题难以近似于1-1 / e，即使是成员图形设置系统是Johnson图的子图。然后，我们展示了Cohen-Addad和Karthik引入的嵌入技术的概括（Focs'19），JCH意味着K-MEDIAN和K-MERION在$ \ ell_p $ -metrics中的近似结果的近似值的硬度为近距离对于一般指标获得的人。特别地，假设JCH我们表明很难近似K-Meator目标：$ \ Bullet $离散情况：$ \ ell_1 $ 3.94 - $ \ ell_2中的1.73因素为1.73倍$$ - 这分别在UGC下获得了1.56和1.17的先前因子。 $ \ bullet $持续案例：$ \ ell_1 $ 2210 - $ \ ell_2 $的$ \ ell_1 $ 210。$ \ ell_2 $-metric;这在UGC下获得的$ \ ell_2 $的$ \ ell_2 $的先前因子提高了1.07。对于K-Median目标，我们还获得了类似的改进。此外，我们使用Dinure等人的工作证明了JCH的弱版本。 （Sicomp'05）在超图顶点封面上，恢复Cohen-Addad和Karthik（Focs'19 Focs'19）上面的所有结果（近）相同的不可识别因素，但现在在标准的NP $ \ NEQ $ P假设下（代替UGC）。