Inverse Optimization with Noisy Data

数学优化 反问题 正规化(语言学) 最优化问题 数学 启发式 计算机科学 维数之咒 稳健优化 对偶(序理论) 算法 人工智能 离散数学 数学分析
作者
Anil Aswani,Zuo‐Jun Max Shen,Auyon Siddiq
出处
期刊:Operations Research [Institute for Operations Research and the Management Sciences]
卷期号:66 (3): 870-892 被引量:133
标识
DOI:10.1287/opre.2017.1705
摘要

Inverse optimization refers to the inference of unknown parameters of an optimization problem based on knowledge of its optimal solutions. This paper considers inverse optimization in the setting where measurements of the optimal solutions of a convex optimization problem are corrupted by noise. We first provide a formulation for inverse optimization and prove it to be NP-hard. In contrast to existing methods, we show that the parameter estimates produced by our formulation are statistically consistent. Our approach involves combining a new duality-based reformulation for bilevel programs with a regularization scheme that smooths discontinuities in the formulation. Using epi-convergence theory, we show the regularization parameter can be adjusted to approximate the original inverse optimization problem to arbitrary accuracy, which we use to prove our consistency results. Next, we propose two solution algorithms based on our duality-based formulation. The first is an enumeration algorithm that is applicable to settings where the dimensionality of the parameter space is modest, and the second is a semiparametric approach that combines nonparametric statistics with a modified version of our formulation. These numerical algorithms are shown to maintain the statistical consistency of the underlying formulation. Finally, using both synthetic and real data, we demonstrate that our approach performs competitively when compared with existing heuristics.

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