We study the problem of testing whether a symmetric $d \times d$ input matrix $A$ is symmetric positive semidefinite (PSD), or is $\epsilon$-far from the PSD cone, meaning that $\lambda_{\min}(A) \leq - \epsilon \|A\|_p$, where $\|A\|_p$ is the Schatten-$p$ norm of $A$. In applications one often needs to quickly tell if an input matrix is PSD, and a small distance from the PSD cone may be tolerable. We consider two well-studied query models for measuring efficiency, namely, the matrix-vector and vector-matrix-vector query models. We first consider one-sided testers, which are testers that correctly classify any PSD input, but may fail on a non-PSD input with a tiny failure probability. Up to logarithmic factors, in the matrix-vector query model we show a tight $\widetilde{\Theta}(1/\epsilon^{p/(2p+1)})$ bound, while in the vector-matrix-vector query model we show a tight $\widetilde{\Theta}(d^{1-1/p}/\epsilon)$ bound, for every $p \geq 1$. We also show a strong separation between one-sided and two-sided testers in the vector-matrix-vector model, where a two-sided tester can fail on both PSD and non-PSD inputs with a tiny failure probability. In particular, for the important case of the Frobenius norm, we show that any one-sided tester requires $\widetilde{\Omega}(\sqrt{d}/\epsilon)$ queries. However we introduce a bilinear sketch for two-sided testing from which we construct a Frobenius norm tester achieving the optimal $\widetilde{O}(1/\epsilon^2)$ queries. We also give a number of additional separations between adaptive and non-adaptive testers. Our techniques have implications beyond testing, providing new methods to approximate the spectrum of a matrix with Frobenius norm error using dimensionality reduction in a way that preserves the signs of eigenvalues.


翻译:我们研究检验对称 $d \times d$ 输入矩阵 $A$ 是否为对称半正定(PSD),或是否与 PSD 锥 $\epsilon$-远离(即 $\lambda_{\min}(A) \leq - \epsilon \|A\|_p$,其中 $\|A\|_p$ 为 $A$ 的 Schatten-$p$ 范数)的问题。在应用中,常需快速判断输入矩阵是否 PSD,且与 PSD 锥的微小距离可被容忍。我们考虑两种衡量效率的经典查询模型:矩阵-向量查询模型和向量-矩阵-向量查询模型。首先研究单侧检验器(即能正确分类所有 PSD 输入,但对非 PSD 输入可能以微小失败概率出错的检验器)。在对数因子范围内,我们证明:对于任意 $p \geq 1$,矩阵-向量查询模型具有紧界 $\widetilde{\Theta}(1/\epsilon^{p/(2p+1)})$,而向量-矩阵-向量查询模型具有紧界 $\widetilde{\Theta}(d^{1-1/p}/\epsilon)$。我们还展示了向量-矩阵-向量模型中单侧与双侧检验器的显著分离:双侧检验器允许对 PSD 和非 PSD 输入均以微小概率失败。特别地,对于 Frobenius 范数这一重要情形,我们证明任何单侧检验器需要 $\widetilde{\Omega}(\sqrt{d}/\epsilon)$ 次查询。然而,我们引入一种用于双侧检验的双线性草图(bilinear sketch),并据此构建了达到最优 $\widetilde{O}(1/\epsilon^2)$ 查询复杂度的 Frobenius 范数检验器。此外,我们给出了自适应与非自适应检验器之间的一系列分离结果。我们的技术方法超越了检验本身,提供了利用降维方法近似矩阵谱的新途径——在保持特征值符号的前提下,以 Frobenius 范数误差进行逼近。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月12日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月11日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月10日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月9日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月9日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月7日
Knowledge Embedding Based Graph Convolutional Network
Arxiv
24+阅读 · 2021年4月23日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | Sheaf-ADMM:用可微优化学习多智能体协调
专知会员服务
1+阅读 · 今天16:12
综述 | OPSD:大语言模型的在线策略自蒸馏
专知会员服务
1+阅读 · 今天16:08
算法化战争:人工智能时代的新范式(万字长文)
帕兰蒂尔Maven:军事人工智能的新纪元
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:00
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
3+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月12日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月11日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月10日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月9日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月9日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月7日
Knowledge Embedding Based Graph Convolutional Network
Arxiv
24+阅读 · 2021年4月23日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员