We study the problem of approximating a matrix $\mathbf{A}$ with a matrix that has a fixed sparsity pattern (e.g., diagonal, banded, etc.), when $\mathbf{A}$ is accessed only by matrix-vector products. We describe a simple randomized algorithm that returns an approximation with the given sparsity pattern with Frobenius-norm error at most $(1+\varepsilon)$ times the best possible error. When each row of the desired sparsity pattern has at most $s$ nonzero entries, this algorithm requires $O(s/\varepsilon)$ non-adaptive matrix-vector products with $\mathbf{A}$. We proceed to prove a matching lower-bound. Specifically, we show that for any $s\geq 1$, there are matrices $\mathbf{A}$ such that, for any sparsity pattern with $\Theta(s)$ nonzeros per row and column, any algorithm which obtains a $(1+\varepsilon)$ accurate approximation of the given sparsity from matrix-vector products requires at least $\Omega(s/\varepsilon)$ matrix-vector products. Our bounds therefore resolve the matrix-vector product query complexity of the problem up to constant factors, even for the well-studied case of diagonal approximation, for which no previous lower bounds were known.


翻译:我们研究在仅通过矩阵-向量乘积访问矩阵$\mathbf{A}$时,使用具有固定稀疏模式(例如对角矩阵、带状矩阵等)的矩阵对其进行近似的问题。我们描述了一种简单的随机化算法,该算法返回具有给定稀疏模式的近似解,其Frobenius范数误差不超过最佳可能误差的$(1+\varepsilon)$倍。当所需稀疏模式的每行最多包含$s$个非零元素时,该算法需要$O(s/\varepsilon)$次非自适应矩阵-向量乘积与$\mathbf{A}$交互。随后,我们证明了一个匹配的下界。具体而言,我们表明对于任意$s\geq 1$,存在矩阵$\mathbf{A}$,使得对于任何每行每列具有$\Theta(s)$个非零元素的稀疏模式,任何通过矩阵-向量乘积获得给定稀疏模式的$(1+\varepsilon)$精度近似解的算法至少需要$\Omega(s/\varepsilon)$次矩阵-向量乘积。因此,我们的界限解决了该问题在矩阵-向量乘积查询复杂度上的常数因子层次,即使对于先前无下界已知的对角近似这一经典情形也是如此。

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
专知会员服务
55+阅读 · 2020年3月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月24日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月22日
VIP会员
最新内容
俄乌无人机战争的六大启示
专知会员服务
9+阅读 · 8月3日
《无人机空中监控:通信实验洞察》
专知会员服务
7+阅读 · 8月3日
从采集到决策:美军视角下的战术情报范式重构
《履带式无人地面战车技术发展现状》
专知会员服务
7+阅读 · 8月2日
《无人机脆弱性利用:网络空间力量的新域》
专知会员服务
10+阅读 · 8月1日
相关资讯
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员