已知熵正则化可改善在顺序决策问题中的探索。我们表明，这种相同的机制也可以导致在优化和估计的结构匪徒设置中对平均奖励的几乎偏差和较低的差异估计。最近已证明平均奖励估计（即人口估计）任务对于法律限制通常需要精确估计人口指标的公共政策环境至关重要。我们表明，利用熵和KL差异可以比现有基准在奖励和估计器方差之间取舍更好的权衡，同时保持几乎没有偏见。熵正则化的这些特性说明了桥接最佳探索和估计文献的令人兴奋的潜力。

We introduce a new setting, optimize-and-estimate structured bandits. Here, a policy must select a batch of arms, each characterized by its own context, that would allow it to both maximize reward and maintain an accurate (ideally unbiased) population estimate of the reward. This setting is inherent to many public and private sector applications and often requires handling delayed feedback, small data, and distribution shifts. We demonstrate its importance on real data from the United States Internal Revenue Service (IRS). The IRS performs yearly audits of the tax base. Two of its most important objectives are to identify suspected misreporting and to estimate the "tax gap" -- the global difference between the amount paid and true amount owed. Based on a unique collaboration with the IRS, we cast these two processes as a unified optimize-and-estimate structured bandit. We analyze optimize-and-estimate approaches to the IRS problem and propose a novel mechanism for unbiased population estimation that achieves rewards comparable to baseline approaches. This approach has the potential to improve audit efficacy, while maintaining policy-relevant estimates of the tax gap. This has important social consequences given that the current tax gap is estimated at nearly half a trillion dollars. We suggest that this problem setting is fertile ground for further research and we highlight its interesting challenges. The results of this and related research are currently being incorporated into the continual improvement of the IRS audit selection methods.

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。

Counterfactual reasoning from logged data has become increasingly important for many applications such as web advertising or healthcare. In this paper, we address the problem of learning stochastic policies with continuous actions from the viewpoint of counterfactual risk minimization (CRM). While the CRM framework is appealing and well studied for discrete actions, the continuous action case raises new challenges about modelization, optimization, and~offline model selection with real data which turns out to be particularly challenging. Our paper contributes to these three aspects of the CRM estimation pipeline. First, we introduce a modelling strategy based on a joint kernel embedding of contexts and actions, which overcomes the shortcomings of previous discretization approaches. Second, we empirically show that the optimization aspect of counterfactual learning is important, and we demonstrate the benefits of proximal point algorithms and differentiable estimators. Finally, we propose an evaluation protocol for offline policies in real-world logged systems, which is challenging since policies cannot be replayed on test data, and we release a new large-scale dataset along with multiple synthetic, yet realistic, evaluation setups.

我们考虑使用未知差异的双臂高斯匪徒的固定预算最佳臂识别问题。当差异未知时，性能保证与下限的性能保证匹配的算法最紧密的下限和算法的算法很长。当算法不可知到ARM的最佳比例算法。在本文中，我们提出了一种策略，该策略包括在估计的ARM绘制的目标分配概率之后具有随机采样（RS）的采样规则，并且使用增强的反概率加权（AIPW）估计器通常用于因果推断文学。我们将我们的战略称为RS-AIPW战略。在理论分析中，我们首先推导出鞅的大偏差原理，当第二次孵化的均值时，可以使用，并将其应用于我们提出的策略。然后，我们表明，拟议的策略在错误识别的可能性达到了Kaufmann等人的意义上是渐近最佳的。 （2016）当样品尺寸无限大而双臂之间的间隙变为零。

动态治疗方案（DTRS）是个性化的，适应性的，多阶段的治疗计划，可将治疗决策适应个人的初始特征，并在随后的每个阶段中的中级结果和特征，在前阶段受到决策的影响。例子包括对糖尿病，癌症和抑郁症等慢性病的个性化一线和二线治疗，这些治疗适应患者对一线治疗，疾病进展和个人特征的反应。尽管现有文献主要集中于估算离线数据（例如从依次随机试验）中的最佳DTR，但我们研究了以在线方式开发最佳DTR的问题，在线与每个人的互动都会影响我们的累积奖励和我们的数据收集，以供我们的数据收集。未来的学习。我们将其称为DTR匪徒问题。我们提出了一种新颖的算法，通过仔细平衡探索和剥削，可以保证当过渡和奖励模型是线性时，可以实现最佳的遗憾。我们证明了我们的算法及其在合成实验和使用现实世界中对重大抑郁症的适应性治疗的案例研究中的好处。

我们在随机多臂匪徒问题中使用固定预算和上下文（协变）信息研究最佳武器识别。在观察上下文信息之后，在每一轮中，我们使用过去的观察和当前上下文选择一个治疗臂。我们的目标是确定最好的治疗组，这是一个在上下文分布中被边缘化的最大预期奖励的治疗组，而错误识别的可能性最小。首先，我们为此问题得出半参数的下限，在这里我们将最佳和次优的治疗臂的预期奖励之间的差距视为感兴趣的参数，以及所有其他参数，例如在上下文中的预期奖励，作为滋扰参数。然后，我们开发“上下文RS-AIPW策略”，该策略由随机采样（RS）规则组成，跟踪目标分配比和使用增强反向概率加权（AIPW）估算器的建议规则。我们提出的上下文RS-AIPW策略是最佳的，因为错误识别概率的上限与预算到Infinity时的半参数下限相匹配，并且差距趋于零。

本文研究了马尔可夫决策过程（MDPS）中用于政策评估的数据收集问题。在政策评估中，我们获得了目标政策，并要求估计它将在正式作为MDP的环境中获得的预期累积奖励。我们通过首先得出了使用奖励分布方差知识的Oracle数据收集策略来开发在树结构MDPS中的最佳数据收集理论。然后，我们介绍了减少的方差采样（射击）算法，即当奖励方差未知并与Oracle策略相比，奖励方差未知并绑定其亚典型性时，它近似于Oracle策略。最后，我们从经验上验证了射手会导致与甲骨文策略相当的均衡误差进行政策评估，并且比仅仅运行目标策略要低得多。

非政策评估和学习（OPE/L）使用离线观察数据来做出更好的决策，这对于在线实验有限的应用至关重要。但是，完全取决于记录的数据，OPE/L对环境分布的变化很敏感 - 数据生成环境和部署策略的差异。 \ citet {si2020distributional}提议的分布在稳健的OPE/L（Drope/L）解决此问题，但该提案依赖于逆向权重，如果估计错误和遗憾，如果倾向是非参数估计的，即使其差异是次级估计，即使是次级估计的，其估计错误和遗憾将降低。对于标准的，非体，OPE/L，这是通过双重鲁棒（DR）方法来解决的，但它们并不自然地扩展到更复杂的drop/l，涉及最糟糕的期望。在本文中，我们提出了具有KL-Divergence不确定性集的DROPE/L的第一个DR算法。为了进行评估，我们提出了局部双重稳健的drope（LDR $^2 $ ope），并表明它在弱产品速率条件下实现了半摩托效率。多亏了本地化技术，LDR $^2 $ OPE仅需要安装少量回归，就像标准OPE的DR方法一样。为了学习，我们提出了连续的双重稳健下降（CDR $^2 $ opl），并表明，在涉及连续回归的产品速率条件下，它具有$ \ Mathcal {o} \ left的快速后悔率（n^） {-1/2} \ right）$即使未知的倾向是非参数估计的。我们从经验上验证了模拟中的算法，并将结果进一步扩展到一般$ f $ divergence的不确定性集。

本文介绍了信息性多臂强盗（IMAB）模型，在每个回合中，玩家选择手臂，观察符号，并以符号的自我信息形式获得未观察到的奖励。因此，手臂的预期奖励是产生其符号的源质量函数的香农熵。玩家的目标是最大程度地提高与武器的熵值相关的预期奖励。在假设字母大小是已知的假设下，为IMAB模型提出了两种基于UCB的算法，该算法考虑了插件熵估计器的偏差。第一种算法在熵估计中乐观地纠正了偏置项。第二算法依赖于数据依赖性置信区间，该置信区间适应具有较小熵值的源。性能保证是通过上限为每种算法的预期遗憾提供的。此外，在Bernoulli案例中，将这些算法的渐近行为与伪遗憾的Lai-Robbins的下限进行了比较。此外，在假设\ textit {cract}字母大小的假设下是未知的，而播放器仅知道其上方的宽度上限，提出了一种基于UCB的算法，在其中，玩家的目的是减少由该算法造成的遗憾。未知的字母尺寸在有限的时间方面。数字结果说明了论文中介绍的算法的预期遗憾。

最近在文献中显示，在线学习实验的样本平均值在用于估计平均奖励时偏置。为了纠正偏差，违规评估方法，包括重要性采样和双倍稳健的估算，通常计算条件倾向分数，这对于UCB等非随机策略而言。本文提供了使用Bootstrap衰减样本的过程，这不需要对奖励分配的知识并应用于任何自适应策略。数值实验证明了受欢迎的多武装强盗算法产生的样本的有效偏差，例如探索 - 然后提交（ETC），UCB，Thompson采样（TS）和$ \ epsilon $ -Greedy（例如）。我们分析并提供了ETC算法下的程序的理论理由，包括真实和引导世界中偏差衰减率的渐近融合。

This paper studies offline policy learning, which aims at utilizing observations collected a priori (from either fixed or adaptively evolving behavior policies) to learn an optimal individualized decision rule that achieves the best overall outcomes for a given population. Existing policy learning methods rely on a uniform overlap assumption, i.e., the propensities of exploring all actions for all individual characteristics are lower bounded in the offline dataset; put differently, the performance of the existing methods depends on the worst-case propensity in the offline dataset. As one has no control over the data collection process, this assumption can be unrealistic in many situations, especially when the behavior policies are allowed to evolve over time with diminishing propensities for certain actions. In this paper, we propose a new algorithm that optimizes lower confidence bounds (LCBs) -- instead of point estimates -- of the policy values. The LCBs are constructed using knowledge of the behavior policies for collecting the offline data. Without assuming any uniform overlap condition, we establish a data-dependent upper bound for the suboptimality of our algorithm, which only depends on (i) the overlap for the optimal policy, and (ii) the complexity of the policy class we optimize over. As an implication, for adaptively collected data, we ensure efficient policy learning as long as the propensities for optimal actions are lower bounded over time, while those for suboptimal ones are allowed to diminish arbitrarily fast. In our theoretical analysis, we develop a new self-normalized type concentration inequality for inverse-propensity-weighting estimators, generalizing the well-known empirical Bernstein's inequality to unbounded and non-i.i.d. data.

我们提出了置信度序列 - 置信区间序列，其均匀地随时间均匀 - 用于基于I.I.D的流的完整，完全有序集中的任何分布的量级。观察。我们提供用于跟踪固定定量的方法并同时跟踪所有定量。具体而言，我们提供具有小常数的明确表达式，其宽度以尽可能快的$ \ SQRT {t} \ log \ log t} $率，以及实证分布函数的非渐近浓度不等式以相同的速率均匀地持续持续。后者加强了Smirnov迭代对数的实证过程法，延长了DVORETZKY-KIEFER-WOLFOITZ不等式以均匀地保持一段时间。我们提供了一种新的算法和样本复杂性，用于在多武装强盗框架中选择具有大约最佳定量的臂。在仿真中，我们的方法需要比现有方法更少五到五十的样品。

决策者经常面对“许多匪徒”问题，其中必须同时学习相关但异构的情境匪徒实例。例如，大型零售商可能希望在许多商店中动态地学习产品需求，以解决定价或库存问题，这使得可以共同学习为服务类似客户的商店;或者，医院网络可能希望在许多提供商中动态学习患者风险以分配个性化干预措施，这使得可以为服务类似患者群体的医院共同学习。我们研究每个匪徒实例中未知参数可以分解为全局参数加上稀疏实例特定术语的设置。然后，我们提出了一种新颖的两级估计器，通过使用强大的统计数据组合（在类似的实例中学到）和套索回归（将结果进行替代），以样本有效的方式利用这种结构。我们在强盗算法中嵌入了这个估计器，并证明它在上下文维度下，它可以改善渐近遗憾界限。这种改进是数据较差的实例的指数。我们进一步展示了我们的结果如何依赖于强盗实例的基础网络结构。

本文衍生了置信区间（CI）和时间统一的置信序列（CS），用于从有限观测值中估算未知平均值的经典问题。我们提出了一种衍生浓度界限的一般方法，可以看作是著名的切尔诺夫方法的概括（和改进）。它的核心是基于推导一类新的复合非负胸腔，通过投注和混合方法与测试的连接很强。我们展示了如何将这些想法扩展到无需更换的情况下，这是另一个经过深入研究的问题。在所有情况下，我们的界限都适应未知的差异，并且基于Hoeffding或经验的Bernstein不平等及其最近的Supermartingale概括，经验上大大优于现有方法。简而言之，我们为四个基本问题建立了一个新的最先进的问题：在有或没有替换的情况下进行采样时，CS和CI进行有限的手段。

在上下文土匪中，非政策评估（OPE）已在现实世界中迅速采用，因为它仅使用历史日志数据就可以离线评估新政策。不幸的是，当动作数量较大时，现有的OPE估计器（其中大多数是基于反相反的得分加权）会严重降解，并且可能会遭受极端偏见和差异。这挫败了从推荐系统到语言模型的许多应用程序中使用OPE。为了克服这个问题，我们提出了一个新的OPE估计器，即当动作嵌入在动作空间中提供结构时，利用边缘化的重要性权重。我们表征了所提出的估计器的偏差，方差和平方平方误差，并分析了动作嵌入提供了比常规估计器提供统计益处的条件。除了理论分析外，我们还发现，即使由于大量作用，现有估计量崩溃，经验性绩效的改善也可以实现可靠的OPE。

使用历史观察数据的政策学习是发现广泛应用程序的重要问题。示例包括选择优惠，价格，要发送给客户的广告，以及选择要开出患者的药物。但是，现有的文献取决于这样一个关键假设，即将在未来部署学习策略的未来环境与生成数据的过去环境相同 - 这个假设通常是错误或太粗糙的近似值。在本文中，我们提高了这一假设，并旨在通过不完整的观察数据来学习一项稳健的策略。我们首先提出了一个政策评估程序，该程序使我们能够评估政策在最坏情况下的转变下的表现。然后，我们为此建议的政策评估计划建立了中心限制定理类型保证。利用这种评估方案，我们进一步提出了一种新颖的学习算法，该算法能够学习一项对对抗性扰动和未知协变量转移的策略，并根据统一收敛理论的性能保证进行了绩效保证。最后，我们从经验上测试了合成数据集中提出的算法的有效性，并证明它提供了使用标准策略学习算法缺失的鲁棒性。我们通过在现实世界投票数据集的背景下提供了我们方法的全面应用来结束本文。

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。

我们研究了批量策略优化中模型选择的问题：给定固定的部分反馈数据集和$ M $ Model类，学习具有与最佳模型类的策略具有竞争力的性能的策略。通过识别任何模型选择算法应最佳地折衷的错误，以线性模型类在与线性模型类中的内容匪徒设置中的问题正式化。（1）近似误差，（2）统计复杂性，（3 ）覆盖范围。前两个来源是在监督学习的模型选择中常见的，在最佳的交易中，这些属性得到了很好的研究。相比之下，第三个源是批量策略优化的唯一，并且是由于设置所固有的数据集移位。首先表明，没有批处理策略优化算法可以同时实现所有三个的保证，展示批量策略优化的困难之间的显着对比，以及监督学习中的积极结果。尽管存在这种负面结果，但我们表明，在三个错误源中的任何一个都可以实现实现剩下的两个近乎oracle不平等的算法。我们通过实验结论，证明了这些算法的功效。

我们研究固定预算设置中线性匪徒中最佳手臂识别的问题。通过利用G-Optimal设计的属性并将其纳入ARM分配规则，我们设计了一种无参数算法，基于最佳设计的基于设计的线性最佳臂识别（OD-Linbai）。我们提供了OD-Linbai的失败概率的理论分析。 OD-Linbai的性能并非所有最优差距，而是取决于顶部$ d $臂的差距，其中$ d $是线性匪徒实例的有效维度。补充，我们为此问题提供了一个Minimax下限。上限和下限表明，OD-Linbai是最佳的最佳选择，直到指数中的恒定乘法因素，这是对现有方法的显着改进（例如，贝耶斯加普，和平，线性化和GSE），并解决了确定确定该问题的问题。在固定预算设置中学习最好的手臂的困难。最后，数值实验表明，对各种真实和合成数据集的现有算法进行了相当大的经验改进。