We consider distributed linear bandits where $M$ agents learn collaboratively to minimize the overall cumulative regret incurred by all agents. Information exchange is facilitated by a central server, and both the uplink and downlink communications are carried over channels with fixed capacity, which limits the amount of information that can be transmitted in each use of the channels. We investigate the regret-communication trade-off by (i) establishing information-theoretic lower bounds on the required communications (in terms of bits) for achieving a sublinear regret order; (ii) developing an efficient algorithm that achieves the minimum sublinear regret order offered by centralized learning using the minimum order of communications dictated by the information-theoretic lower bounds. For sparse linear bandits, we show a variant of the proposed algorithm offers better regret-communication trade-off by leveraging the sparsity of the problem.

We study distributed contextual linear bandits with stochastic contexts, where $N$ agents act cooperatively to solve a linear bandit-optimization problem with $d$-dimensional features over the course of $T$ rounds. For this problem, we derive the first ever information-theoretic lower bound $\Omega(dN)$ on the communication cost of any algorithm that performs optimally in a regret minimization setup. We then propose a distributed batch elimination version of the LinUCB algorithm, DisBE-LUCB, where the agents share information among each other through a central server. We prove that the communication cost of DisBE-LUCB matches our lower bound up to logarithmic factors. In particular, for scenarios with known context distribution, the communication cost of DisBE-LUCB is only $\tilde{\mathcal{O}}(dN)$ and its regret is ${\tilde{\mathcal{O}}}(\sqrt{dNT})$, which is of the same order as that incurred by an optimal single-agent algorithm for $NT$ rounds. We also provide similar bounds for practical settings where the context distribution can only be estimated. Therefore, our proposed algorithm is nearly minimax optimal in terms of \emph{both regret and communication cost}. Finally, we propose DecBE-LUCB, a fully decentralized version of DisBE-LUCB, which operates without a central server, where agents share information with their \emph{immediate neighbors} through a carefully designed consensus procedure.

我们考虑使用个性化的联合学习，除了全球目标外，每个客户还对最大化个性化的本地目标感兴趣。我们认为，在一般连续的动作空间设置下，目标函数属于繁殖的内核希尔伯特空间。我们提出了基于替代高斯工艺（GP）模型的算法，该算法达到了最佳的遗憾顺序（要归结为各种因素）。此外，我们表明，GP模型的稀疏近似显着降低了客户之间的沟通成本。

合作匪徒问题越来越多地成为其在大规模决策中的应用。然而，对此问题的大多数研究专注于具有完美通信的环境，而在大多数现实世界分布式设置中，通信通常是随机网络，具有任意损坏和延迟。在本文中，我们在三个典型的真实沟通场景下研究了合作匪徒学习，即（a）通过随机时变网络的消息传递，（b）通过随机延迟的网络瞬时奖励共享（c ）通过对冲损坏的奖励来传递消息，包括拜占庭式沟通。对于每个环境中的每一个，我们提出了实现竞争性能的分散算法，以及在发生的群体后悔的近乎最佳保证。此外，在具有完美通信的环境中，我们提出了一种改进的延迟更新算法，其优于各种网络拓扑的现有最先进的算法。最后，我们在集团后悔呈现紧密的网络依赖性最低限度。我们所提出的算法很简单，以实现和获得竞争性的经验性能。

在本文中，我们制定了在内核强盗问题（COPE-KB）中的协作纯探索，它为在有限的通信和一般奖励函数下提供了一种用于多智能组件多任务决策的新型模型，并且适用于许多在线学习任务，例如，推荐系统和网络调度。我们考虑两个COPE-KB，即固定信道（FC）和固定预算（FB）的设置，以及设计两个最佳算法COOPKERNECC（FC）和Coopkerhelfb（FB）。我们的算法配备了创新和高效的核化估计，同时实现了计算和通信效率。建立统计和通信度量标准下的上限和下限以证明我们算法的最优性。理论界限成功地量化了任务相似性对学习加速度的影响，并且只取决于内核特征空间的有效维度。我们的分析技术，包括数据尺寸分解，线性结构化实例转换和（通信）圆形加速感应，是新颖的，适用于其他强盗问题。提供了实证评估以验证我们的理论结果，并展示我们算法的性能优势。

在本文中，我们研究了时间速度与非IID数据的协作学习模型中学习过程的交流次数之间的权衡，其中多个代理与可能不同的环境互动，他们希望学习一个目标。汇总环境。我们在匪徒理论中使用一个基本问题，称为多臂匪徒中最佳ARM识别作为传递以下概念信息的工具：对非IID数据的协作学习比在IID数据上更加困难。特别是，我们显示以下内容：a）非IID数据设置中的加速度可能小于$ 1 $（即放缓）。当回合$ r = o（1）$的数量时，我们将至少需要多项式数量的代理（就武器数量而言）来实现大于$ 1 $的加速。这与IID数据设置形成鲜明对比，在$ r \ ge 2 $中，无论代理数量如何，加速度总是至少$ 1 $。 b）学习过程中的适应性无济于事。这与IID数据设置形成鲜明对比，为了实现相同的速度，最佳的非自适应算法需要比最佳自适应算法要大得多。在技​​术空间中，我们进一步开发了Arxiv：1904.03293中引入的广义消除技术。我们表明，在使用复杂的硬输入分布并直接证明自适应算法的下限时，分配类别的隐式表示非常有用。

我们考虑通过有限的地平线$ t $控制线性二次调节器（LQR）系统的问题，以固定和已知的成本矩阵$ q，r $但未知和非静止动力$ \ {a_t，b_t \} $。动态矩阵的序列可以是任意的，但总体变化，V_T $，假设为$ O（t）$和控制器未知。在假设所有$ $ $的稳定序列，但潜在的子最优控制器中，我们介绍了一种实现$ \ tilde {\ mathcal {o}} \ left的最佳动态遗憾的算法（v_t ^ { 2/5} t ^ {3/5} \右）$。通过分词恒定动态，我们的算法实现了$ \ tilde {\ mathcal {o}}（\ sqrt {st}）$的最佳遗憾，其中$ s $是交换机的数量。我们的算法的关键是一种自适应的非平稳性检测策略，它在最近开发的用于上下文多武装匪徒问题的方法中构建。我们还争辩说，不适应忘记（例如，重新启动或使用静态窗口大小的滑动窗口学习）可能对LQR问题的后悔最佳，即使窗口大小以$ V_T $的知识最佳地调整。我们算法分析中的主要技术挑战是证明普通的最小二乘（OLS）估计器在待估计的参数是非静止的情况下具有小的偏差。我们的分析还突出了推动遗憾的关键主题是LQR问题在于LQR问题是具有线性反馈和局部二次成本的强盗问题。这个主题比LQR问题本身更普及，因此我们相信我们的结果应该找到更广泛的应用。

我们研究联合的上下文线性匪徒，其中$ m $代理相互合作，在中央服务器的帮助下解决全球上下文线性匪徒问题。我们考虑了异步设置，所有代理商都独立工作，一个代理和服务器之间的通信不会触发其他代理的通信。我们提出了一种基于乐观原理的简单算法\ texttt {fedlinucb}。我们证明\ texttt {fedlinucb}的遗憾是由$ \ tilde {o}（d \ sqrt {\ sum_ {m = 1}^m t_m}）$界定的，通信复杂性是$ \ tilde {o}（o}（o}（o}（o}（o））dm^2）$，其中$ d $是上下文向量的尺寸，$ t_m $是与环境的交互总数，$ m $ -th代理。据我们所知，这是第一种可证明有效的算法，它允许联合上下文线性匪徒完全异步通信，同时获得与单一代理设置相同的遗憾保证。

我们考虑激励探索：一种多臂匪徒的版本，其中武器的选择由自私者控制，而算法只能发布建议。该算法控制信息流，信息不对称可以激励代理探索。先前的工作达到了最佳的遗憾率，直到乘法因素，这些因素根据贝叶斯先验而变得很大，并在武器数量上成倍规模扩展。采样每只手臂的一个更基本的问题一旦遇到了类似的因素。我们专注于激励措施的价格：出于激励兼容的目的，绩效的损失，广泛解释为。我们证明，如果用足够多的数据点初始化，则标准的匪徒汤普森采样是激励兼容的。因此，当收集这些数据点时，由于激励措施的绩效损失仅限于初始回合。这个问题主要降低到样本复杂性的问题：需要多少个回合？我们解决了这个问题，提供了匹配的上限和下限，并在各种推论中实例化。通常，最佳样品复杂性在“信念强度”中的武器数量和指数中是多项式。

富达匪徒问题是$ k $的武器问题的变体，其中每个臂的奖励通过提供额外收益的富达奖励来增强，这取决于播放器如何对该臂进行“忠诚”在过去。我们提出了两种忠诚的模型。在忠诚点模型中，额外奖励的数量取决于手臂之前播放的次数。在订阅模型中，额外的奖励取决于手臂的连续绘制的当前数量。我们考虑随机和对抗问题。由于单臂策略在随机问题中并不总是最佳，因此对抗性环境中遗憾的概念需要仔细调整。我们介绍了三个可能的遗憾和调查，这可以是偏执的偏执。我们详细介绍了增加，减少和优惠券的特殊情况（玩家在手臂的每辆M $播放后获得额外的奖励）保真奖励。对于不一定享受载体遗憾的模型，我们提供了最糟糕的下限。对于那些展示Sublinear遗憾的模型，我们提供算法并绑定他们的遗憾。

在本文中，我们仅使用部分分布式反馈来研究全球奖励最大化的问题。这个问题是由几个现实世界应用程序（例如蜂窝网络配置，动态定价和政策选择）激发的，其中中央实体采取的行动会影响有助于全球奖励的大量人群。但是，从整个人群那里收集此类奖励反馈不仅会产生高昂的成本，而且经常导致隐私问题。为了解决此问题，我们考虑了差异的私有分布式线性土匪，其中只选择了来自人群的一部分用户（称为客户）来参与学习过程，并且中央服务器通过迭代地汇总这些部分从这种部分反馈中学习了全局模型客户的本地反馈以差异化的方式。然后，我们提出了一个统一的算法学习框架，称为差异性分布式分布式消除（DP-DPE），该框架可以与流行的差异隐私（DP）模型（包括中央DP，Local DP，Local DP和Shuffle DP）自然集成。此外，我们证明DP-DPE既可以达到统一的遗憾，又实现了额定性沟通成本。有趣的是，DP-DPE也可以“免费”获得隐私保护，这是因为由于隐私保证是一个较低的加法术语。此外，作为我们技术的副产品，对于标准的差异私有线性匪徒，也可以实现“自由”隐私的相同结果。最后，我们进行模拟以证实我们的理论结果并证明DP-DPE的有效性。

我们研究在计算和通信约束下分布式设置中高维稀疏线性回归的问题。具体来说，我们考虑了一个星形拓扑网络，该网络将几台机器连接到融合中心，他们可以与他们交换相对较短的消息。每台机器都有来自线性回归模型的嘈杂样品，该模型具有相同的未知稀疏$ d $ - 维数二维矢量$ \ theta $。融合中心的目标是使用几乎没有计算和有限的通信在每台机器上估算矢量$ \ theta $及其支持。在这项工作中，我们考虑基于正交匹配追求（OMP）的分布式算法，并理论上研究了他们精确收回$ \ theta $的支持的能力。我们证明，在某些条件下，即使在单个机器无法检测到$ \ theta $的支持下，分布式式方法在$ \ theta $的支持下，在$ d $中的总通信sublinear中正确恢复了它。此外，我们提出的模拟说明了基于分布式OMP的算法的性能，并表明它们的性能类似于更复杂和计算密集的方法，在某些情况下甚至表现优于它们。

在本文中，我们提出了针对中央，局部和洗牌模型中随机线性匪徒问题的差异私有算法。在中心模型中，我们获得了与最佳非私有算法的遗憾，这意味着我们可以免费获得隐私。特别是，我们感到遗憾的是$ \ tilde {o}（\ sqrt {t}+\ frac {1} {\ epsilon}）$匹配已知的私有线性匪徒的较低限制，而最佳以前已知的算法实现了$ \ tilde {o}（\ frac {1} {\ epsilon} \ sqrt {t}）$。在当地情况下，我们感到遗憾的是$ \ tilde {o}（\ frac {1} {\ epsilon} {\ sqrt {t}} $，与常数$ \ epsilon $相匹配的非私人遗憾，但是当$ \ epsilon $很小时，会受到遗憾的处罚。在洗牌模型中，我们还遗憾地对$ \ tilde {o}（\ sqrt {t}+\ frac {1} {\ epsilon} {\ epsilon}）$％$ \ epsilon $，如中心案例，而最佳情况是以前已知的算法对$ \ tilde {o}（\ frac {1} {\ epsilon} {t^{3/5}}）$感到遗憾。我们的数值评估验证了我们的理论结果。

在本文中，我们在稀疏的随机上下文线性土匪中重新审视了遗憾的最小化问题，其中特征向量可能具有很大的尺寸$ d $，但是奖励功能取决于一些，例如$ s_0 \ ll d $，其中这些功能的这些功能只要。我们提出了阈值拉索匪徒，该算法（i）估算了定义奖励功能及其稀疏支持的向量，即显着特征元素，使用带有阈值的Lasso框架，以及（ii）根据此处选择手臂估计预测其支持。该算法不需要对稀疏索引$ s_0 $的先验知识，并且可以在某些对称假设下不含参数。对于这种简单的算法，我们将非偶然的遗憾上限建立为$ \ mathcal {o}（\ log d + d + \ sqrt {t}）$一般，为$ \ mathcal {o} log t）$在所谓的边缘条件下（手臂奖励分离的概率条件）。以前的算法的遗憾将其缩放为$ \ Mathcal {o}（\ log D + \ \ sqrt {t \ log（d t）}）$和$ \ mathcal {o}（\ log log t \ log t \ log t \ log t \ log d）$设置分别。通过数值实验，我们确认我们的算法优于现有方法。

Due mostly to its application to cognitive radio networks, multiplayer bandits gained a lot of interest in the last decade. A considerable progress has been made on its theoretical aspect. However, the current algorithms are far from applicable and many obstacles remain between these theoretical results and a possible implementation of multiplayer bandits algorithms in real cognitive radio networks. This survey contextualizes and organizes the rich multiplayer bandits literature. In light of the existing works, some clear directions for future research appear. We believe that a further study of these different directions might lead to theoretical algorithms adapted to real-world situations.

在线学习通常需要探索以最大程度地提高长期奖励，但这是以短期“遗憾”为代价的。我们研究如何在多个小组之间分担这种探索成本。例如，在临床试验环境中，分配了亚最佳治疗的患者有效地产生了勘探成本。当患者根据种族或年龄与自然群体相关联时，自然要问任何单一群体所承担的探索成本是否“公平”。如此有动力，我们介绍了“分组”的强盗模型。我们利用公理讨价还价的理论，尤其是纳什议价解决方案，以形式化可能构成跨群体勘探成本的公平分裂的方式。一方面，我们表明，任何遗憾的政策都引起了最不公平的结果：此类政策将在可能的情况下传递最“处于弱势”的群体。更具建设性的方式，我们得出了最佳公平且同时享受“公平价格”的政策。我们通过对华法林剂量的上下文匪徒进行案例研究来说明我们的算法框架的相对优点，我们关注多个种族和年龄段的探索成本。

多武装强盗（MAB）问题是一个主动学习框架，其旨在通过顺序观察奖励来选择一组动作中最好的选择。最近，它已经在无线网络上的许多应用程序流行，其中通信约束可以形成瓶颈。现有的作品通常无法解决此问题，并且可以在某些应用中变得不可行。在本文中，我们通过优化分布式代理收集的奖励的通信来解决沟通问题。通过提供近乎匹配的上限和下限，我们紧紧地表征了学习者每次奖励所需的比特数，以便在不遭受额外遗憾的情况下准确学习。特别是，我们建立了一个通用奖励量化算法，可以应用于任何（无遗憾）MAB算法的顶部，以形成新的通信有效的对应物，这只需要几个（低至3）位每次迭代时会发送，同时保留相同的遗憾。我们的下限是通过构建来自SubGaussian分布的硬实例来建立。我们的理论在数值实验中进一步证实。

我们考虑一个完全分散的多人多手随机多武装匪盗匪徒，其中玩家不能互相通信，并且只能观察自己的行为和奖励。环境可能与不同的播放器不同，$ \ texit {i.e.} $，给定臂的奖励分布在球员之间是异构的。在碰撞的情况下（当多个玩家播放相同的手臂时），我们允许碰撞玩家接收非零奖励。播放武器的时间 - 地平线$ t $是\ emph {否}对玩家已知。在此设置中，允许玩家的数量大于武器的数量，我们展示了一项达到订单优化预期令人遗憾的政策$ O（\ log ^ {1 + delta} t）$有些$ 0 <\ delta <1 $超过时间的时间$ t $。IEEE关于信息理论的交易中接受了本文。

我们研究了在高维稀疏线性上下文匪徒中动态批处理学习的问题，在给定的最大批量约束下，决策者在每个批次结束时只能观察奖励，可以动态地决定如何进行奖励。许多人将包括在下一批中（在当前批次结束时）以及每批采用哪些个性化行动选择方案。在各种实际情况下，这种批处理的限制无处不在，包括在临床试验中的营销和医疗选择中的个性化产品。我们通过后悔的下限表征了此问题中的基本学习限制，并提供了匹配的上限（直至日志因素），从而为此问题开了最佳方案。据我们所知，我们的工作为在高维稀疏线性上下文匪徒中对动态批处理学习的理论理解提供了第一个侵入。值得注意的是，即使我们的结果的一种特殊情况 - 当不存在批处理约束时 - 都会产生简单的无探索算法使用Lasso估算器，已经达到了在高维线性匪板中为标准在线学习的最小值最佳遗憾（对于No-Cargin情况），在高维上下文Bandits的新兴文献中似乎未知。

我们研究了多人多武装匪徒的信息共享与合作问题。我们提出了第一个算法，实现了这个问题的对数遗憾。我们的结果基于两项创新。首先，我们表明对连续消除策略的简单修改可用于允许玩家在没有碰撞的情况下估计它们的子项货间隙，直到恒定因素。其次，我们利用第一个结果来设计一种成功使用碰撞的小额奖励来协调玩家之间的通信协议，同时保留有意义的实例依赖性对数后悔保证。