Collaborative Research: CIF: Small: Nonasymptotic Analysis for Stochastic Networks and Systems: Foundations and Applications

合作研究:CIF:小型:随机网络和系统的非渐近分析:基础和应用

基本信息

项目摘要

The confluence of cloud computing, machine learning/artificial intelligence and Internet-of-things/sensor technology is transforming society in unprecedented ways, and leading to innovations in autonomous systems, healthcare, bioinformatics, social networks, online and in-store retail industry, and education. Breakthrough developments in these widely disparate fields use machine learning and cloud computing with millions of servers to aid data-driven decision-making using terabytes of data, some in real-time and some offline. At the heart of these large-scale machine-learning and cloud-computing applications are stochastic dynamical systems of enormous scale. Analyzing and optimizing such systems are often difficult because of the size and the unknown statistical description of the underlying randomness in such systems. This project is aimed at understanding the performance of large stochastic systems by developing a new analytical method that synthesizes tools from probability, machine learning, and stochastic networks, and will lead to new advances in the design of fast and more efficient computing systems for training large-scale machine-learning models, while yielding new fundamental insights into deep reinforcement-learning algorithms. The project will contribute to education and workforce development by integrating the theories and algorithms into the graduate-level courses and by involving undergraduate and students from underrepresented groups in the research. This project develops a new analytical method for obtaining non-asymptotic bounds using Lyapunov drift analysis. The method combines drift analysis with ideas from Stein's method, dimensionality reduction from state-space collapse and properties of reproducing kernel Hilbert spaces, as appropriate. The project leverages three key ideas to advance the state-of-the-art: Stein's method to choose appropriate Lyapunov functions to study mean-field limits, identifying lower-order models using the notion of state-space collapse, and using moment-generating functions or characteristic functions as test functions to obtain higher-moment bounds on the performance of stochastic systems. During the course of this project, the method is applied to two applications: (i) robust and ultra-low latency computing networks for supporting complex machine-learning jobs with concurrent and dependent tasks, which are processed in heterogeneous server farms; and (ii) deep reinforcement-learning for deriving new performance bounds for neural temporal-difference learning and for the Actor-Critic algorithms.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
云计算、机器学习/人工智能和物联网/传感器技术的融合正在以前所未有的方式改变社会,并导致自主系统、医疗保健、生物信息学、社交网络、在线和店内零售行业的创新,和教育。这些截然不同的领域的突破性发展利用机器学习和云计算以及数百万台服务器来帮助使用数 ​​TB 的数据(有些是实时的,有些是离线的)进行数据驱动的决策。这些大规模机器学习和云计算应用程序的核心是大规模的随机动力系统。由于此类系统的规模和潜在随机性的未知统计描述,分析和优化此类系统通常很困难。该项目旨在通过开发一种新的分析方法来了解大型随机系统的性能,该方法综合了概率、机器学习和随机网络的工具,并将带来快速、更高效的计算系统设计的新进展,用于训练大型随机系统规模机器学习模型,同时产生对深度强化学习算法的新的基本见解。该项目将通过将理论和算法整合到研究生课程中,并让本科生和来自弱势群体的学生参与研究,为教育和劳动力发展做出贡献。该项目开发了一种新的分析方法,用于使用李亚普诺夫漂移分析获得非渐近边界。该方法将漂移分析与 Stein 方法的思想、状态空间崩溃的降维以及再生核希尔伯特空间的属性(适当时)相结合。该项目利用三个关键思想来推进最先进的技术:斯坦因选择适当的李亚普诺夫函数来研究平均场极限的方法,使用状态空间崩溃的概念识别低阶模型,以及使用矩生成函数或特征函数作为测试函数,以获得随机系统性能的更高矩界限。 在该项目过程中,该方法应用于两个应用程序:(i)强大且超低延迟的计算网络,用于支持具有并发和依赖任务的复杂机器学习作业,这些任务在异构服务器群中进行处理; (ii) 深度强化学习,用于为神经时间差异学习和 Actor-Critic 算法推导新的性能界限。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响进行评估,被认为值得支持审查标准。

项目成果

期刊论文数量(1)
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会议论文数量(0)
专利数量(0)
Learning While Scheduling in Multi-Server Systems With Unknown Statistics: MaxWeight with Discounted UCB
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zixi Yang;R. Srikant;Lei Ying
  • 通讯作者:
    Zixi Yang;R. Srikant;Lei Ying
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Lei Ying其他文献

YY1 deficiency in beta-cells leads to mitochondrial dysfunction and diabetes in mice
β细胞中的YY1缺陷导致小鼠线粒体功能障碍和糖尿病
  • DOI:
    10.1016/j.metabol.2020.154353
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Song Dalong;Yang Qi;Jiang Xiuli;Shan Aijing;Nan Jingminjie;Lei Ying;Ji He;Di Wei;Yang Tianxiao;Wang Tiange;Wang Weiqing;Ning Guang;Cao Yanan
  • 通讯作者:
    Cao Yanan
Erythromycin relaxes BALB/c mouse airway smooth muscle
红霉素松弛 BALB/c 小鼠气道平滑肌
  • DOI:
    10.1016/j.lfs.2019.02.009
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Cai Yan;Lei Ying;Chen Jingguo;Cao Lei;Yang Xudong;Zhang Kanghuai;Cao Yongxiao
  • 通讯作者:
    Cao Yongxiao
Sodium arsenite augments sensitivity of Echinococcus granulosus protoscoleces to albendazole.
亚砷酸钠增强细粒棘球绦虫原头节对阿苯达唑的敏感性。
  • DOI:
    10.1016/j.exppara.2019.02.008
  • 发表时间:
    2019-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Xing Guoqiang;Zhang Hui;Liu Chunli;Guo Zhengyi;Yang Xiaoli;Wang Zhuo;Wang Bo;Lei Ying;Yang Rentan;Jian Yufeng;Lv Hailong
  • 通讯作者:
    Lv Hailong
Hybrid density functional studies of C-anion-doped anatase TiO2
C-阴离子掺杂锐钛矿型 TiO2 的杂化密度泛函研究
  • DOI:
    10.1016/j.cplett.2016.02.047
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Shi Jianhao;Li Xuechao;Wan Rundong;Leng Chongyan;Lei Ying
  • 通讯作者:
    Lei Ying
Stein's Method for Mean Field Approximations in Light and Heavy Traffic Regimes
轻交通和重交通情况下平均场近似的 Stein 方法

Lei Ying的其他文献

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Collaborative Research: III: Small: Reconstruction of Diffusion History in Cyber and Human Networks with Applications in Epidemiology and Cybersecurity
合作研究:III:小:重建网络和人类网络中的扩散历史及其在流行病学和网络安全中的应用
  • 批准号:
    2324769
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SLES: Safe Distributional-Reinforcement Learning-Enabled Systems: Theories, Algorithms, and Experiments
协作研究:SLES:安全的分布式强化学习系统:理论、算法和实验
  • 批准号:
    2331780
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Towards a Theoretic Foundation for Optimal Deep Graph Learning
协作研究:为最优深度图学习奠定理论基础
  • 批准号:
    2134081
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
NeTS: Small: Collaborative Research: Towards Adaptive and Efficient Wireless Computing Networks
NeTS:小型:协作研究:迈向自适应且高效的无线计算网络
  • 批准号:
    2002608
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
III: Small: Towards a Theoretical Foundation for Diffusion Source Localization
III:小:迈向扩散源定位的理论基础
  • 批准号:
    2003924
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SpecEES: Collaborative Research: Leveraging Randomization and Human Behavior for Efficient Large-Scale Distributed Spectrum Access
SpecEES:协作研究:利用随机化和人类行为实现高效的大规模分布式频谱访问
  • 批准号:
    2001687
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NeTS: Small: Collaborative Research: Towards Adaptive and Efficient Wireless Computing Networks
NeTS:小型:协作研究:迈向自适应且高效的无线计算网络
  • 批准号:
    1813392
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SpecEES: Collaborative Research: Leveraging Randomization and Human Behavior for Efficient Large-Scale Distributed Spectrum Access
SpecEES:协作研究:利用随机化和人类行为实现高效的大规模分布式频谱访问
  • 批准号:
    1824393
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
III: Small: Towards a Theoretical Foundation for Diffusion Source Localization
III:小:迈向扩散源定位的理论基础
  • 批准号:
    1715385
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Resource Allocation for Time-Critical Communications in Wireless Networks
合作研究:无线网络中时间关键型通信的资源分配
  • 批准号:
    1609202
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

离子型稀土渗流-应力-化学耦合作用机理与溶浸开采优化研究
  • 批准号:
    52364012
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
亲环蛋白调控作物与蚜虫互作分子机制的研究
  • 批准号:
    32301770
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
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基于金属-多酚网络衍生多相吸波体的界面调控及电磁响应机制研究
  • 批准号:
    52302362
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    2023
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    30 万元
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  • 批准号:
    72302108
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EIF6负调控Dicer活性促进EV71复制的分子机制研究
  • 批准号:
    32300133
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
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相似海外基金

Collaborative Research: CIF: Medium: Snapshot Computational Imaging with Metaoptics
合作研究:CIF:Medium:Metaoptics 快照计算成像
  • 批准号:
    2403122
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CIF-Medium: Privacy-preserving Machine Learning on Graphs
合作研究:CIF-Medium:图上的隐私保护机器学习
  • 批准号:
    2402815
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
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    Standard Grant
Collaborative Research: CIF: Small: Mathematical and Algorithmic Foundations of Multi-Task Learning
协作研究:CIF:小型:多任务学习的数学和算法基础
  • 批准号:
    2343599
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CIF: Small: Mathematical and Algorithmic Foundations of Multi-Task Learning
协作研究:CIF:小型:多任务学习的数学和算法基础
  • 批准号:
    2343600
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research:CIF:Small:Acoustic-Optic Vision - Combining Ultrasonic Sonars with Visible Sensors for Robust Machine Perception
合作研究:CIF:Small:声光视觉 - 将超声波声纳与可见传感器相结合,实现强大的机器感知
  • 批准号:
    2326905
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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知道了