annals of statistics読み回 第一回

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©

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“Lai (1987) KL-UCB

(Garivier+ 2011) ”

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1 2 K

Image from http://www.mrc-bsu.cam.ac.uk/bandit-problems-and-clinical-trials-design/

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image from http://research.microsoft.com/en-

us/projects/bandits/

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𝑘 𝑁

𝑛 = 1, … , 𝑁

𝑗 ∈ [𝑘]

𝑥𝑛

𝑗 Π𝑗

SN = 𝑛=1𝑁 𝑥𝑛

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𝑆𝑛/𝑛

𝜇𝑗

UCB

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𝜃

𝑓 𝑥; 𝜃 = 𝑒𝜃𝑥−𝜓(𝜃), 𝜈(𝑥)

𝜇 𝜃 = 𝜓′(𝜃) 𝜃

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Bernoulli(p): p 1, 1-p 0

𝑥 ∈ {0,1}

𝜃 = log𝑝

1−𝑝𝜓 𝜃 = −log(1 − 𝑝) , 𝜈 𝑥 = 1

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𝑥 ∈ 𝑅

𝜎 = 1

𝜃

𝜓 𝜃 =𝜇2

2, 𝜈 𝑥 =

1

2𝜋𝑒−

𝑥2

2

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i∗ =

argmaxi∈[𝐾]𝜇 𝜃𝑖

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𝛉 = {𝜃1, … , 𝜃𝑘}

𝑅𝑁(𝛉)

𝑅𝑁 𝛉 = 𝑁𝜇∗ 𝛉 − 𝑗:𝜇 𝜃𝑗 <𝜇∗(𝛉)(𝜇

∗ 𝛉 − 𝜇 𝜃𝑗 )E𝛉[𝑇𝑁(𝑗)]

𝑇𝑁(𝑗)

{𝜃1, … , 𝜃𝑘}

𝐻 𝛉

Bayesian regret ∶ ∫ 𝑅𝑁 𝛉 𝑑𝐻 𝛉

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𝛉 𝛼 > 0 𝑅𝑁 𝛉 < 𝑂(𝑁𝛼)

liminf𝑁→∞

E𝛉 𝑇𝑁(𝑗)

log 𝑁≥

1

𝐼 𝜃𝑗 , 𝜃∗

𝐼(∙,∙)

log 𝑁 /𝐼(𝜃𝑗 , 𝜃∗) 𝜃𝑗 𝜃∗

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𝜇1 > 𝜇2

2

𝜇2 𝜇1

Ω(𝑇)

𝜇2 > 𝜇1 1/𝑁

exp(−𝑇𝑁(2) 𝐼(𝜇2, 𝜇1)) 𝑇𝑁 2 = log 𝑁 /𝐼(𝜇2, 𝜇1)1/𝑁

𝜇1

𝜇2

𝜇1

𝜇2

𝜇2 > 𝜇1

Page 23: Annals of Statistics読み回 第一回

𝑁 → ∞

∫ 𝑅𝑁 𝛉 𝑑𝐻 𝛉 ≥1

2

𝑗∈[𝑘]

∫ ℎ𝑗 𝜃𝑗∗; 𝛉𝑗 𝑑𝐻𝑗 𝛉𝑗 log 𝑁 2

𝜃𝑗∗ = max 𝜃𝑖(≠𝑗) , 𝛉𝑗 = 𝜃1, . . . , 𝜃𝑗−1, 𝜃𝑗+1, … , 𝜃𝑘 , ℎ𝑗

𝑗

𝑅𝑁 𝛉

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𝑗 𝑈𝑗,𝑁𝑡(𝑗)

𝑈𝑗,𝑟 = inf {𝜃: 𝜃 ≥ 𝜃𝑗,𝑟 and 𝑟𝐼 𝜃𝑗,𝑟 , 𝜃 ≥ 𝑔(𝑟

𝑁)}

𝑔 1/𝑡 𝑔 1/𝑡 ≥ log 𝑡 + 𝜉 log log 𝑡 𝜉

𝜃

𝜃𝑗,𝑟 r/𝑁

𝑈𝑗,𝑟 𝐼 𝜃𝑗,𝑟 , 𝜃

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𝑈𝑗,𝑟 𝑡 = sup{𝜃: 𝑟𝐼 𝜃𝑗,𝑟 , 𝜃 ≤ 𝑓(𝑛)}

𝑓 𝑡 = log 𝑡 + 3log(log 𝑡 )

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𝛼𝑁 = 𝑜(𝑁−1

2) 𝛽𝑁 = 𝑜( log 𝑁1

2) 𝛼𝑁 < 𝛽𝑁

𝑇𝑁 𝑗

E𝛉 𝑇𝑁 𝑗 ∼log 𝑁 𝜃∗ − 𝜃𝑗

2

𝐼 𝜃𝑗 , 𝜃∗𝑎𝑠 𝑁 → ∞,

𝑠. 𝑡. 𝛽𝑁 ≥ 𝜃∗ − 𝜃𝑗 ≥ 𝛼𝑁

𝛽𝑁 ≥ 𝜃∗ − 𝜃𝑗 ≥ 𝛼𝑁

Page 27: Annals of Statistics読み回 第一回

𝑁 → ∞

∫ 𝑅𝑁 𝛉 𝑑𝐻 𝛉 ~1

2

𝑗∈[𝑘]

∫ ℎ𝑗 𝜃𝑗∗; 𝛉𝑗 𝑑𝐻𝑗 𝛉𝑗 log 𝑁 2

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E𝛉 𝑇𝑁(𝑗) ∼

log 𝑁

𝐼 𝜃𝑗,𝜃∗

𝜃𝑗 𝜃∗

𝜇(𝜃∗) −

𝜇(𝜃𝑗)

𝑗

(𝜇(𝜃∗) − 𝜇(𝜃𝑗))𝑁

𝜃∗ 𝜃𝑗

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𝑏𝑁 =

log 𝑁 1/2

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