Semi-algebraic priors are ubiquitous in signal processing and machine learning. Prevalent examples include a) linear models where the signal lies in a low-dimensional subspace; b) sparse models where the signal can be represented by only a few coefficients under a suitable basis; and c) a large family of neural network generative models. In this paper, we prove a transversality theorem for semi-algebraic sets in orthogonal or unitary representations of groups: with a suitable dimension bound, a generic translate of any semi-algebraic set is transverse to the orbits of the group action. This, in turn, implies that if a signal lies in a low-dimensional semi-algebraic set, then it can be recovered uniquely from measurements that separate orbits. As an application, we consider the implications of the transversality theorem to the problem of recovering signals that are translated by random group actions from their second moment. As a special case, we discuss cryo-EM: a leading technology to constitute the spatial structure of biological molecules, which serves as our prime motivation. In particular, we derive explicit bounds for recovering a molecular structure from the second moment under a semi-algebraic prior and deduce information-theoretic implications. We also obtain information-theoretic bounds for three additional applications: factoring Gram matrices, multi-reference alignment, and phase retrieval. Finally, we deduce bounds for designing permutation invariant separators in machine learning.


翻译:半代数先验在信号处理和机器学习中普遍存在。常见例子包括:a) 信号位于低维子空间中的线性模型;b) 信号可由适当基下的少数系数表示的稀疏模型;c) 大量神经网络生成模型。本文证明了群的正交或酉表示中半代数集的横截性定理:在适当的维度约束下,任意半代数集的广义平移与群作用的轨道横截相交。这进而表明,若信号位于低维半代数集中,则可通过分离轨道的测量唯一恢复。作为应用,我们考虑该横截性定理对从二阶矩中恢复经随机群作用平移的信号问题的意义。特别地,我们讨论了冷冻电镜——一种构成生物分子空间结构的前沿技术,这也是本文的主要动机。我们推导了在半代数先验下从二阶矩恢复分子结构的显式界,并得出信息论推论。此外,我们为另外三个应用(Gram矩阵分解、多参考对齐以及相位恢复)获得了信息论界。最后,我们推导了设计机器学习中置换不变分离器的界。

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
【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
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12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
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
1+阅读 · 2016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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
Arxiv
69+阅读 · 2022年9月7日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Arxiv
17+阅读 · 2018年4月2日
VIP会员
最新内容
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关VIP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
【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
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12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
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
1+阅读 · 2016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
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员