









Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
A part of the lecture notes for the course 'Optimization Theory' (MS&E 213 / CS 2690) taught by Aaron Sidford at the University of California, Berkeley. The eighth lecture covers composite functions and arbitrary norms in optimization theory. It discusses the extension of optimization methods to various settings and oracles, including different norms, constraints, and composite functions.
Typology: Exams
1 / 16
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!










Plan for Today Recap โข^ Iterative methods Extension #1 โข^ General norms
Recap โข^ Iterative methods Extension #1 โข^ General norms
Extensions Iterative Method Landscape
๐(๐ฅ)
๐ ๐ฅ + ๐ฅ (^) &
Example Proof Lemma: min
๐ฅ
๐ฆ +
๐ฆ
= โ
๐ฅ (^) โ
Proof :
โ๐ฅ
๐ฆ โ
๐ฆ
โ๐ฅ
๐ฝ โ ๐ง โ
๐ฝ โ ๐ง
๐ฝ โ โ๐ฅ
๐ง โ
"
๐ฝ โ โ โ ๐ฅโโ โ
๐ฅ (^) โ = max ) *+
Same as ๐ง = 1 since can always increase argument without decreasing objective. Maximizing ๐ฝ = (^2) โ 1
Arbitrary Norms
โ โ is ๐ฟ - smooth with respect to โ if and only if โ๐ ๐ฅ โ โ๐ ๐ฆ (^) โ โค ๐ฟ ๐ฅ โ ๐ฆ for all ๐ฅ, ๐ฆ โ โ
โ โ is ๐-strongly with respect to โ โ โ if and only if ๐ ๐ก โ ๐ฆ + 1 โ ๐ก โ ๐ฅ โค ๐ก โ ๐ ๐ฆ + 1 โ ๐ก ๐ ๐ฅ โ ๐ 2 ๐ก 1 โ ๐ก ๐ฅ โ ๐ฆ
Why? ๐^
Can mean a ๐(๐) step improvement as ๐ฅ (^) " โค ๐ฅ (^) % โค ๐ ๐ฅ (^) "
Equivalence? Lemma : If ๐: โ#^ โ โ is convex and differentiable with ๐ ๐ฅ โค ๐ ๐ฆ + โ๐ ๐ฆ , ๐ฅ โ ๐ฆ +
% then ๐ is ๐ฟ-smooth, i.e. โ๐ ๐ฅ โ โ๐ ๐ฆ (^) โ โค ๐ฟ ๐ฅ โ ๐ฆ. Proof:
, ๐ง โ ๐ฆ + 3 %
% ] โ [๐(๐ฅ) + โ๐ ๐ฅ , ๐ง โ ๐ฅ ]
%
, ๐ง โ ๐ฆ + 3 %
%
3 %
%
%
%
3 %
% min 0
More Equivalences Lemma : ๐: โ
โ โ is ๐ฟ - smooth and ๐-strongly convex with respect to โ โ โ if and only if for all ๐ฅ, ๐ฆ โ โ
๐ 2 ๐ฅ โ ๐ฆ
โค ๐ ๐ฆ โ ๐ ๐ฅ + โ๐ ๐ฅ
๐ฆ โ ๐ฅ โค ๐ฟ 2 ๐ฅ โ ๐ฆ
Lemma : twice differentiable ๐: โ
โ โ is ๐ฟ-smooth and ๐-strongly convex with respect to โ โ โ if and only if for all ๐ฅ, ๐ง โ โ
๐ ๐ง
โค ๐ง
โ
๐ ๐ฅ ๐ง โค ๐ฟ ๐ง
Analysis Upper Bound Oracle!
๐ ๐ฅ 0 + โ๐ ๐ฅ 0
๐ฅ โ ๐ฅ 0 +
๐ฅ โ ๐ฅ 0
โ๐ ๐ฅ 0 โ
Lemma
โ๐ ๐ฅ (^) โ
โค ๐ ๐ฅ โ ๐โ โค
๐ฅ โ ๐ฅโ
โ๐ ๐ฅ (^) โ
โฅ ๐ ๐ฅ โ ๐โ โค
๐ฅ โ ๐ฅโ
% โค ๐ ๐ฆ โ ๐ ๐ฅ + โ๐ ๐ฅ , ๐ฆ โ ๐ฅ โค
%
, !< (,โ
Acceleration? Depends on norm!
Next extension!
Recap โข^ Iterative methods Extension #1 โข^ General norms
Composite Function Minimization Problem min
๐(๐ฅ) where ๐ ๐ฅ = ๐ ๐ฅ + ๐(๐ฅ)
โ โ is ๐ฟ-smooth with respect to โ โ โ and convex
โ โ is โgiven / simpleโ (TBD)