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Learning Variational Models with Unrolling and Bilevel Optimization

Brauer, Christoph und Breustedt, Niklas und de Wolff, Timo und Lorenz, Dirk (2024) Learning Variational Models with Unrolling and Bilevel Optimization. Analysis and Applications. World Scientific. ISSN 0219-5305. (eingereichter Beitrag)

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich bis 31 Dezember 2024 - Preprintversion (eingereichte Entwurfsversion)
778kB

Kurzfassung

In this paper we consider the problem of learning variational models in the context of supervised learning via risk minimization. Our goal is to provide a deeper understanding of the two approaches of learning of variational models via bilevel optimization and via algorithm unrolling. The former considers the variational model as a lower level optimization problem below the risk minimization problem, while the latter replaces the lower level optimization problem by an algorithm that solves said problem approximately. Both approaches are used in practice, but unrolling is much simpler from a computational point of view. To analyze and compare the two approaches, we consider a simple toy model, and compute all risks and the respective estimators explicitly. We show that unrolling can be better than the bilevel optimization approach, but also that the performance of unrolling can depend significantly on further parameters, sometimes in unexpected ways: While the stepsize of the unrolled algorithm matters a lot (and learning the stepsize gives a significant improvement), the number of unrolled iterations plays a minor role.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/199389/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Learning Variational Models with Unrolling and Bilevel Optimization
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Brauer, ChristophChristoph.Brauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2913-0768NICHT SPEZIFIZIERT
Breustedt, Niklasn.breustedt (at) tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Wolff, Timot.de-wolff (at) tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lorenz, Dirkd.lorenz (at) tu-braunschweig.dehttps://orcid.org/0000-0002-7419-769XNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Erschienen in:Analysis and Applications
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:World Scientific
Name der Reihe:Interaction between Harmonic Analysis and Data Science (Special Issue)
ISSN:0219-5305
Status:eingereichter Beitrag
Stichwörter:algorithm unrolling; bilevel optimization; supervised learning; risk minimization
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt Factory of the Future
Standort: Stade
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Produktionstechnologien SD
Hinterlegt von: Brauer, Dr. Christoph
Hinterlegt am:21 Nov 2023 21:15
Letzte Änderung:21 Nov 2023 21:15

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