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2022-06-24
英文标题:
《Understanding Distributional Ambiguity via Non-robust Chance Constraint》
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作者:
Qi Wu, Shumin Ma, Cheuk Hang Leung, Wei Liu and Nanbo Peng
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最新提交年份:
2020
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英文摘要:
  This paper provides a non-robust interpretation of the distributionally robust optimization (DRO) problem by relating the distributional uncertainties to the chance probabilities. Our analysis allows a decision-maker to interpret the size of the ambiguity set, which is often lack of business meaning, through the chance parameters constraining the objective function. We first show that, for general $\\phi$-divergences, a DRO problem is asymptotically equivalent to a class of mean-deviation problems. These mean-deviation problems are not subject to uncertain distributions, and the ambiguity radius in the original DRO problem now plays the role of controlling the risk preference of the decision-maker. We then demonstrate that a DRO problem can be cast as a chance-constrained optimization (CCO) problem when a boundedness constraint is added to the decision variables. Without the boundedness constraint, the CCO problem is shown to perform uniformly better than the DRO problem, irrespective of the radius of the ambiguity set, the choice of the divergence measure, or the tail heaviness of the center distribution. Thanks to our high-order expansion result, a notable feature of our analysis is that it applies to divergence measures that accommodate well heavy tail distributions such as the student $t$-distribution and the lognormal distribution, besides the widely-used Kullback-Leibler (KL) divergence, which requires the distribution of the objective function to be exponentially bounded. Using the portfolio selection problem as an example, our comprehensive testings on multivariate heavy-tail datasets, both synthetic and real-world, shows that this business-interpretation approach is indeed useful and insightful.
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中文摘要:
本文通过将分布不确定性与机会概率联系起来,给出了分布鲁棒优化(DRO)问题的非鲁棒性解释。我们的分析允许决策者通过约束目标函数的机会参数来解释通常缺乏业务意义的模糊集的大小。我们首先证明,对于一般的$\\φ$-发散,一个DRO问题渐近等价于一类平均偏差问题。这些平均偏差问题不受不确定分布的影响,原始DRO问题中的模糊半径现在起到了控制决策者风险偏好的作用。然后,我们证明了当决策变量中加入有界约束时,DRO问题可以转化为机会约束优化(CCO)问题。在没有有界约束的情况下,无论模糊集的半径、散度度量的选择或中心分布的尾部重量如何,CCO问题的性能都优于DRO问题。由于我们的高阶展开结果,我们分析的一个显著特征是,除了广泛使用的Kullback-Leibler(KL)散度外,它还适用于适应厚尾分布的散度度量,如student$t$-分布和对数正态分布,这要求目标函数的分布为指数有界。以投资组合选择问题为例,我们对多变量重尾数据集(包括合成数据集和真实数据集)的综合测试表明,这种业务解释方法确实有用且富有洞察力。
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分类信息:

一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Optimization and Control        优化与控制
分类描述:Operations research, linear programming, control theory, systems theory, optimal control, game theory
运筹学,线性规划,控制论,系统论,最优控制,博弈论
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一级分类:Computer Science        计算机科学
二级分类:Machine Learning        机器学习
分类描述:Papers on all aspects of machine learning research (supervised, unsupervised, reinforcement learning, bandit problems, and so on) including also robustness, explanation, fairness, and methodology. cs.LG is also an appropriate primary category for applications of machine learning methods.
关于机器学习研究的所有方面的论文(有监督的,无监督的,强化学习,强盗问题,等等),包括健壮性,解释性,公平性和方法论。对于机器学习方法的应用,CS.LG也是一个合适的主要类别。
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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Portfolio Management        项目组合管理
分类描述:Security selection and optimization, capital allocation, investment strategies and performance measurement
证券选择与优化、资本配置、投资策略与绩效评价
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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Risk Management        风险管理
分类描述:Measurement and management of financial risks in trading, banking, insurance, corporate and other applications
衡量和管理贸易、银行、保险、企业和其他应用中的金融风险
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一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Machine Learning        机器学习
分类描述:Covers machine learning papers (supervised, unsupervised, semi-supervised learning, graphical models, reinforcement learning, bandits, high dimensional inference, etc.) with a statistical or theoretical grounding
覆盖机器学习论文(监督,无监督,半监督学习,图形模型,强化学习,强盗,高维推理等)与统计或理论基础
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2022-6-24 02:33:01
理解非稳健机会约束下的分布模糊性香港大学Kongshuminma@cityu.edu.hkCheuk香港恒良城市大学Kongchleung87@cityu。e杜。hkQi Wu*香港城市大学Kongqiwu55@cityu.edu.hkWei LiuTencentwl2223@columbia.eduNanbo彭杰德Digitspengnanbo@jd.comABSTRACTThis本文通过将分布不确定性与机会概率联系起来,给出了分布鲁棒优化(DRO)问题的非鲁棒性解释。我们的分析允许决策者通过训练目标函数的机会参数来解释模糊集的大小,而模糊集通常缺乏业务意义。我们首先表明,对于一般的Д-发散,DRO p问题渐近等价于一类平均偏差问题。这些平均偏差问题不受不确定分布的影响,原始DRO问题中的模糊半径现在起到了控制决策者风险偏好的作用。然后,我们证明了当在决策变量中加入边界约束时,DRO问题可以转化为机会约束优化(CCO)问题。在没有有界性约束的情况下,无论模糊集的半径、散度测度的选择或中心分布的尾部重量如何,theCCO问题的性能都优于DROproblem问题。由于高阶展开的结果,我们分析的一个显著特点是,除了广泛使用的Kullback-Leibler(KL)散度外,它还适用于适应厚尾分布的散度度量,如studentt分布和对数正态分布,这要求目标函数的分布是指数有界的。
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2022-6-24 02:33:04
以投资组合选择问题为例,我们对多变量重尾数据集(包括合成数据集和真实数据集)的综合测试表明,这种商业解释方法确实有用且富有洞察力。CCS概念o应用计算→多准则优化与决策。*通讯作者。允许制作本作品的全部或部分数字或硬拷贝供个人或教室使用,无需支付任何费用,前提是复制品的制作或分发并非出于专业或商业利益,且副本上附有本通知和首页的完整引文。必须尊重作者以外的其他人拥有的本作品组件的版权。允许信用提取。若要以其他方式复制或重新发布、在服务器上发布或重新分发列表,需要事先指定权限和/或支付费用。从请求权限permissions@acm.org.ICAIF\'2020年10月15日至16日,美国纽约州纽约市(c)2020版权归所有者/作者所有。授权给ACM的出版权。ACM ISBN 978-1-4503-7584-9/20/10$15https://doi.org/10.1145/3383455.3422522KEYWORDSDistributionally稳健优化、机会约束、KL发散、Д-发散、重尾分布、投资组合选择ACM参考格式:马树民、邱汉良、齐武、刘伟和彭南波。20 20.通过非鲁棒机会约束理解分布模糊度。ACM国际金融人工智能会议(ICAIF’20),2020年10月15日至16日,美国纽约州纽约市。ACM,美国纽约州纽约市,9页。https://doi.org/10.1145/3383455.34225221引言随机优化广泛应用于许多机器学习算法中,以优化预期性能或损失,例如回归的均方误差,或强化学习背景下的预期贴现回报【19】。
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2022-6-24 02:33:08
一个健全的机器学习模型需要对数据生成分布进行可靠的估计。然而,数据分布的不确定性可能以多种方式出现:平稳情况下的观察有限,非平稳情况下的时变规律,或者由于处理效果,该规律受到政策干预。在稳健统计中,将决策问题表述为DRO问题是解决数据分布不确定性的一种补救方法[6]。典型的DRO公式在一组可能的分布(称为模糊集)上添加了额外的优化层,并在最坏情况下的分布中优化决策变量。文献中主要有三种方法来定义歧义集。第一种是几何方法,它允许所选分布的参数在某些几何区域内变化,如长方体、椭球体和多面体等。第二种方法称为基于矩的方法,通过收集共享相同情绪约束的分布来构造模糊集【5、7、18、22】。最后一种方法,即统计距离法,使用两个概率分布之间的差异度量或差异函数,将模糊集定义为一个分布球[1、6、8、16]。球的半径称为模糊半径。在这三种方法中,基于动量的方法和统计距离方法解决了法律的不确定性。相比之下,几何方法仅处理先验固定分布参数的不确定性,而不是其函数形式。如果正确的分布结果是对数正态分布,而你认为它是正态分布,并对其均值和方差进行微调,那么这并没有帮助。
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2022-6-24 02:33:11
然而,从参数不确定性到法律不确定性的进步的代价是,由于表征模糊集的参数是非业务量,因此失去了模糊集的可解释性。ICAIF’2020年10月15日至16日,美国纽约州纽约市,Ma等人。本文提供了一个解决此业务解释问题的解决方案。对于商业应用程序,决策者很难将KL球的半径0.01与产品销售、税收要求或投资组合回报等联系起来。半径0.01与业务目标的任何度量无关。对她来说,一个不可避免的头痛问题是,她应该如何决定模糊集的大小。我们的想法很简单。我们希望将缺乏业务含义的模糊半径的影响转化为约束目标函数的机会参数的影响,现在决策者可以输入与业务目标直接相关的偏好。以资产配置为例,我们的解决方案可以告诉投资组合经理将模糊半径设置为0。01相当于要求优化不要让她的投资组合回报率低于-13%比2%高。通过这种方式,模糊集的几何结构,即其半径,直接与她对目标的粒度偏好,即她能够承受的风险量联系在一起。本文作出了两项主要技术贡献。首先,我们的分析适用于重尾分布(例如,通过压缩读取散度)[10],除了使用KL散度的通常轻尾情况之外。重尾d分布,例如对数正态分布和学生t分布,在许多商业和金融数据集中普遍存在。
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2022-6-24 02:33:14
然而,只有当目标函数的分布是指数有界的[13],在这种情况下,重尾分布被排除在外时,由KL散度定义为模糊集的DRO问题才是可解的。我们的分析很好地扩展到了一般的Д-散度族,包括kldiversion、Burg熵、χ-距离、Hell-inger距离、CressieRead散度等[12,16]。本文的第二个贡献是,我们在DRO问题和CCO问题之间建立了两个联系。第一,当决策变量中加入有界约束时,DRO问题可以转化为无分布不确定性的CCO问题。第二个联系是,在没有有界约束的情况下,无论模糊集的半径、离散度量的选择或中心分布的尾部重量如何,CCO问题的性能都优于DRO问题。论文的其余部分组织如下。在第2节中,我们提供了一些背景信息和提出优化问题的动机。第3节对DROproblem和CCO问题进行了理论分析。第4节在投资组合选择问题的明确表述下,建立了DRO问题和theCCO问题之间的联系。第5节给出了数值实验,第6节总结了我们从合成和经验数据得出的结论。由于篇幅限制,正文中省略了所有证明;然而,一旦提出要求,就可以随时提供。2问题设置2.1注释Let r∈ Rn是一个n维实值随机向量,是资产收益的向量。假设r的联合概率分布为P。设Pbe为r.Letx的名义概率分布∈ Rnbe资产配置策略,e∈ Rnbe是一个所有条目都等于1的向量。
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