Polyak’s Method Based on the Stochastic Lyapunov Function for Justifying the Consistency of Estimates Produced by a Stochastic Approximation Search Algorithm under an Unknown-But-Bounded Noise

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In 1976–1977, Polyak published in the journal Avtomatica i Telemekhanika (Automation and Remote Control) two remarkable papers on how to study the properties of estimates of iterative pseudogradient algorithms. The first paper published in 1976 considered the general case based on the stochastic Lyapunov function, and the second one considered the linear case. The assumptions formulated in these papers and the estimates obtained in them can still be considered the state-of-the art. In the current paper, Polyak’s approach is applied to the study of the properties of estimates of a (randomized) stochastic approximation search algorithm for the case of unknown-but-bounded noise in observations. The obtained asymptotic estimates were already known earlier, and exact estimates for a finite number of observations are published for the first time.

Full Text

Restricted Access

About the authors

O. N. Granichin

Saint Petersburg State University; Mechanical Engineering Research Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: oleg_granichin@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Yu. V. Ivansky

Saint Petersburg State University; Mechanical Engineering Research Institute, Russian Academy of Sciences

Email: oleg_granichin@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

K. D. Kopylova

Saint Petersburg State University

Email: oleg_granichin@mail.ru
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Граничин О. Н. Об одной стохастической рекуррентной процедуре при зависимых помехах в наблюдении, использующей на входе пробные возмущения // Вест. Ленингр. ун-та. 1989. Т. 1. № 1. С. 19—21.
  2. Поляк Б. Т., Цыбаков А. Б. О некоторых способах ускорения сходимости итерационных методов // Пробл. передачи информ. 1990. Т. 26. № 2. С. 126—133.
  3. Spall J. C. Multivariate stochastic approximation using a simultaneous perturbation gradient approximation// IEEE Trans. Autom. Control. 1992. V. 37. Iss. 6. P. 332—341.
  4. Граничин О. Н. Процедура стохастической аппроксимации с возмущением на входе // Автоматика и телемехан. 1992. № 2. C. 97—104.
  5. Polyak B. T., Tsybakov A. B. On stochastic approximation with arbitrary noise (the KW-case) // Adv. Sov. Math. 1992. V. 12. Iss. 8.
  6. Граничин О. Н., Поляк Б. Т. Рандомизированные алгоритмы оценивания и оптимизации при почти произвольных помехах. М.: Наука, 2003.
  7. Spall J. C. A one-measurement form of simultaneous perturbation stochastic approximation // Automatica. 1997. V. 33. Iss. 1. P. 109—112.
  8. Chen H., Duncan T. E., Pasik-Duncan B. A Kiefer-Wolfowitz algorithm with randomized differences // IEEE Trans. Autom. Control. 1999. V. 44. Iss. 3. P. 442—453.
  9. Lobanov A., Gasnikov A., Stonyakin F. Highly smoothness zero-order methods for solving optimization problems under PL condition // arXiv preprint arXiv:2305.15828; 2023.
  10. Dvinskikh D., Tominin V., Tominin Y., Gasnikov A. Gradient-free optimization for non-smooth saddle point problems under adversarial noise // arXiv preprint arXiv:2202.06114; 2022.
  11. Akhavan A., Chzhen E., Pontil M., Tsybakov A. B. Gradient-free optimization of highly smooth functions: improved analysis and a new algorithm // arXiv preprint arXiv:2306.02159; 2023.
  12. Antal C., Granichin O. N., Levi S. Adaptive autonomous soaring of multiple UAVs using simultaneous perturbation stochastic approximation // 49th IEEE Conf. on Decision and Control (CDC), 2010. P. 3656—3661.
  13. Granichin O., Amelina N. Simultaneous perturbation stochastic approximation for tracking under unknown but bounded disturbances // IEEE Trans. Autom. Control. 2015. V. 60. Iss. 6. P. 1653—1658.
  14. Granichin O. N., Erofeeva V. A., Ivanskiy Y. V., Jiang Y. Simultaneous perturbation stochastic approximation-based consensus for tracking under unknown-but-bounded disturbances // IEEE Trans. Autom. Control. 2021. V. 66. Iss. 8. P. 3710—3717.
  15. Erofeeva V. А., Granichin O. N., Tursunova M., Sergeenko A., Jiang Y. Accelerated simultaneous perturbation stochastic approximation for tracking under unknown-but-bounded disturbances // Am. Control Conf. (ACC) 2022. P. 1582—1587.
  16. Поляк Б. Т. О некоторых способах ускорения сходимости итерационных методов // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 1964. Т. 4. № 5. С. 791—803.
  17. Аблаев С. С., Безносиков А. Н., Гасников А. В., Двинских Д. М., Лобанов A. B., Пучинин C. М., Стонякин Ф. С. О некоторых работах Бориса Теодоровича Поляка по сходимости градиентных методов и их развитии // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2024. Т. 64. № 4. С. 25–64.
  18. Поляк Б. Т. Сходимость и скорость сходимости итеративных стохастических алгоритмов. I. Общий случай // Автоматика и телемехан. 1976. № 12. С. 83—94.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».