Major progress has been made in the previous decade to characterize the asymptotic behavior of regularized M-estimators in high-dimensional regression problems in the proportional asymptotic regime where the sample size $n$ and the number of features $p$ are increasing simultaneously such that $n/p\to \delta \in(0,\infty)$, using powerful tools such as Approximate Message Passing or the Convex Gaussian Min-Max Theorem (CGMT). The asymptotic error and behavior of the regularized M-estimator is then typically described by a system of nonlinear equations with a few scalar unknowns, and the solution to this system precisely characterize the asymptotic error. Application of the CGMT and related machinery requires the existence of a solution to this low-dimensional system of equations. This paper resolves the question of existence of solution to this low-dimensional system for the case of linear models with independent additive noise, when both the data-fitting loss function and regularization penalty are separable and convex. Such existence result for solution to the nonlinear system were previously known under strong convexity for specific estimators such as the Lasso. The main idea behind this existence result is inspired by an argument developed \cite{montanari2019generalization,celentano2020lasso} in different contexts: By constructing an ad-hoc convex minimization problem in an infinite dimensional Hilbert space, the existence of the Lagrange multiplier for this optimization problem makes it possible to construct explicitly solutions to the low-dimensional system of interest. The conditions under which we derive this existence result exactly correspond to the side of the phase transition where perfect recovery $\hat x= x_0$ fails, so that these conditions are optimal.


翻译:过去十年间,在比例渐近框架下(即样本量$n$与特征数$p$同步增长且$n/p\to \delta \in(0,\infty)$),利用近似消息传递或凸高斯极小极大定理(CGMT)等强大工具,高维回归问题中正则化M-估计量的渐近行为研究取得了重要进展。此类正则化M-估计量的渐近误差与行为特征通常由含若干标量未知数的非线性方程组描述,而该方程组的解精确刻画了渐近误差。CGMT及相关理论的应用需要该低维方程组解的存在性。本文解决了独立加性噪声线性模型下,当数据拟合损失函数与正则化惩罚项均为可分离凸函数时,此类低维方程组解的存在性问题。此前,此类非线性方程组解的存在性仅在强凸条件下针对Lasso等特定估计量获得。本文解存在性论证的核心思想受启发于不同背景下的论证方法\cite{montanari2019generalization,celentano2020lasso}:通过在无限维希尔伯特空间中构造特定的凸极小化问题,该优化问题拉格朗日乘子的存在性使得显式构建所求低维方程组的解成为可能。本解存在性定理的成立条件恰好对应于相变边界处完美重构$\hat x= x_0$失效的情形,因此这些条件具有最优性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
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
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
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
16+阅读 · 2022年5月17日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
5+阅读 · 6月17日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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
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
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
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
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