Building models and methods for complex data is an important task for many scientific and application areas. Many modern datasets exhibit dependencies among observations as well as variables. This gives rise to the challenging problem of analyzing high-dimensional matrix-variate data with unknown dependence structures. To address this challenge, Kalaitzis et. al. (2013) proposed the Bigraphical Lasso (BiGLasso), an estimator for precision matrices of matrix-normals based on the Cartesian product of graphs. Subsequently, Greenewald, Zhou and Hero (GZH 2019) introduced a multiway tensor generalization of the BiGLasso estimator, known as the TeraLasso estimator. In this paper, we provide sharp rates of convergence in the Frobenius and operator norm for both BiGLasso and TeraLasso estimators for estimating inverse covariance matrices. This improves upon the rates presented in GZH 2019. In particular, (a) we strengthen the bounds for the relative errors in the operator and Frobenius norm by a factor of approximately $\log p$; (b) Crucially, this improvement allows for finite-sample estimation errors in both norms to be derived for the two-way Kronecker sum model. This closes the gap between the low single-sample error for the two-way model empirically observed in GZH 2019 and the theoretical bounds therein. The two-way regime is particularly significant since it is the setting of common and generic applications in practice. Normality is not needed in our proofs; instead, we consider subgaussian ensembles and derive tight concentration of measure bounds, using tensor unfolding techniques. The proof techniques may be of independent interest to the analysis of tensor-valued data.


翻译:构建复杂数据的模型和方法是许多科学及应用领域的重要任务。现代数据集中常同时存在观测值之间和变量之间的依赖关系,这引出了对未知依赖结构的高维矩阵变量数据进行分析的挑战性问题。为应对这一挑战,Kalaitzis等人(2013)提出了基于图的笛卡尔积的矩阵正态精度矩阵估计量——双图Lasso(BiGLasso)。随后,Greenewald、Zhou和Hero(GZH 2019)将BiGLasso估计量推广为多路张量形式,即TeraLasso估计量。本文给出了BiGLasso和TeraLasso两种估计量在Frobenius范数和算子范数下估计逆协方差矩阵的锐利收敛速率,改进了GZH 2019中的速率结果。具体而言:(a)我们将算子范数和Frobenius范数下相对误差的界提升了约$\log p$倍;(b)关键的是,这一改进使得两种范数下的有限样本估计误差均可推导出针对二路Kronecker和模型的结果,从而弥合了GZH 2019中经验观察到的二路模型低单样本误差与理论界之间的差距。二路模型特别重要,因为它是实际常见且通用的应用场景。本证明无需正态性假设,转而考虑次高斯系综并利用张量展开技术推导紧的测度集中界。该证明方法对张量值数据的分析可能具有独立参考价值。

0
下载
关闭预览

相关内容

在概率论和统计学中,协方差矩阵(也称为自协方差矩阵,色散矩阵,方差矩阵或方差-协方差矩阵)是平方矩阵,给出了给定随机向量的每对元素之间的协方差。 在矩阵对角线中存在方差,即每个元素与其自身的协方差。
【干货书】工程和科学中的概率和统计,
专知会员服务
58+阅读 · 2022年12月24日
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
45+阅读 · 2020年12月18日
【ACML2020】张量网络机器学习:最近的进展和前沿,109页ppt
专知会员服务
55+阅读 · 2020年12月15日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28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
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】MXNet深度情感分析实战
机器学习研究会
16+阅读 · 2017年10月4日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017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
5+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月23日
Efficiently Embedding Dynamic Knowledge Graphs
Arxiv
14+阅读 · 2019年10月15日
VIP会员
最新内容
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:43
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:38
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:32
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:21
CVPR 2026教程:统一多模态模型走向收敛之路
专知会员服务
6+阅读 · 6月8日
《人工智能在网络防御中的机遇》
专知会员服务
6+阅读 · 6月8日
相关资讯
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28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
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】MXNet深度情感分析实战
机器学习研究会
16+阅读 · 2017年10月4日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017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
5+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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员