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Enregistrement W4385288900 · doi:10.1145/3592144

∇-Prox: Differentiable Proximal Algorithm Modeling for Large-Scale Optimization

2023· article· en· W4385288900 sur OpenAlexaff
Zeqiang Lai, Kaixuan Wei, Ying Fu, Philipp Härtel, Felix Heide

Notice bibliographique

RevueACM Transactions on Graphics · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueAdvanced Neural Network Applications
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesNational Natural Science Foundation of ChinaBundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Mots-clésComputer scienceOptimization problemDifferentiable functionDeep learningArtificial intelligenceMathematical optimizationArtificial neural networkAlgorithmMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Tasks across diverse application domains can be posed as large-scale optimization problems, these include graphics, vision, machine learning, imaging, health, scheduling, planning, and energy system forecasting. Independently of the application domain, proximal algorithms have emerged as a formal optimization method that successfully solves a wide array of existing problems, often exploiting problem-specific structures in the optimization. Although model-based formal optimization provides a principled approach to problem modeling with convergence guarantees, at first glance, this seems to be at odds with black-box deep learning methods. A recent line of work shows that, when combined with learning-based ingredients, model-based optimization methods are effective, interpretable, and allow for generalization to a wide spectrum of applications with little or no extra training data. However, experimenting with such hybrid approaches for different tasks by hand requires domain expertise in both proximal optimization and deep learning, which is often error-prone and time-consuming. Moreover, naively unrolling these iterative methods produces lengthy compute graphs, which when differentiated via autograd techniques results in exploding memory consumption, making batch-based training challenging. In this work, we introduce ∇-Prox, a domain-specific modeling language and compiler for large-scale optimization problems using differentiable proximal algorithms. ∇-Prox allows users to specify optimization objective functions of unknowns concisely at a high level, and intelligently compiles the problem into compute and memory-efficient differentiable solvers. One of the core features of ∇-Prox is its full differentiability, which supports hybrid model- and learning-based solvers integrating proximal optimization with neural network pipelines. Example applications of this methodology include learning-based priors and/or sample-dependent inner-loop optimization schedulers, learned with deep equilibrium learning or deep reinforcement learning. With a few lines of code, we show ∇-Prox can generate performant solvers for a range of image optimization problems, including end-to-end computational optics, image deraining, and compressive magnetic resonance imaging. We also demonstrate ∇-Prox can be used in a completely orthogonal application domain of energy system planning, an essential task in the energy crisis and the clean energy transition, where it outperforms state-of-the-art CVXPY and commercial Gurobi solvers.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,005
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,007
Score d'incertitude au seuil0,024

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,005
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,002
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0030,003
Intégrité de la recherche0,0020,004
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0070,003

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,030
Tête enseignante GPT0,277
Écart entre enseignants0,246 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations10
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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