Toeplitz covariance estimation is a classical problem in statistical signal processing, yet the geometry of the Gaussian maximum-likelihood objective remains only partially understood. Recent algorithms, including Newton-type, majorization-minimization, and gradient-based methods, indicate that the nonconvex problem can often be globally solved when the number of samples is sufficiently large, but they also reveal a difficult computational landscape. In this work, we study this phenomenon through an overparameterized Caratheodory representation of positive definite Toeplitz covariance matrices. The Caratheodory decomposition parameterizes the covariance using a combination of steering vectors with different frequencies and amplitudes. Our first result shows that fixed-grid amplitude optimization is fundamentally insufficient. Even in the population setting, and even with arbitrarily many fixed frequency grid points, amplitude-only optimization can have a strictly positive error floor under grid mismatch. This motivates optimizing both amplitudes and frequencies. In this case, our main theoretical result proves that the joint optimization has a benign population landscape: every stationary point that produces a positive definite covariance matrix recovers the true Toeplitz covariance. These findings suggest a simple interpretation of the Toeplitz covariance problem: the population landscape is globally benign, but may be highly ill-conditioned. In our numerical experiments, overparameterization improves convergence speed and finite-sample accuracy. In particular, it allows simple gradient descent to approach the Cramer Rao bound while keeping the implementation simple.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

AAAI 2024 | GCIL:因果视角下的图对比不变学习
专知会员服务
20+阅读 · 2024年3月5日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Elasticsearch地理信息存储及查询之Geo_Point
Analysys易观
13+阅读 · 2018年12月29日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
论文浅尝 | 基于知识图谱子图匹配以回答自然语言问题
开放知识图谱
26+阅读 · 2018年6月26日
论文浅尝 | 基于知识图谱的子图匹配回答自然语言问题
开放知识图谱
27+阅读 · 2018年5月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
语料库构建——自然语言理解的基础
计算机研究与发展
11+阅读 · 2017年8月21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
0+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 · 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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 6月21日
Arxiv
113+阅读 · 2020年2月5日
VIP会员
最新内容
《无人地面战车(UGV)的崛起》报告
专知会员服务
5+阅读 · 7月16日
美陆军任务式指挥人工智能解决方案
专知会员服务
7+阅读 · 7月16日
相关VIP内容
AAAI 2024 | GCIL:因果视角下的图对比不变学习
专知会员服务
20+阅读 · 2024年3月5日
相关资讯
相关基金
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
0+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 · 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
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