We study the problem of interpolating a noisy Fourier-sparse signal in the time duration $[0, T]$ from noisy samples in the same range, where the ground truth signal can be any $k$-Fourier-sparse signal with band-limit $[-F, F]$. Our main result is an efficient Fourier Interpolation algorithm that improves the previous best algorithm by [Chen, Kane, Price, and Song, FOCS 2016] in the following three aspects: $\bullet$ The sample complexity is improved from $\widetilde{O}(k^{51})$ to $\widetilde{O}(k^{4})$. $\bullet$ The time complexity is improved from $ \widetilde{O}(k^{10\omega+40})$ to $\widetilde{O}(k^{4 \omega})$. $\bullet$ The output sparsity is improved from $\widetilde{O}(k^{10})$ to $\widetilde{O}(k^{4})$. Here, $\omega$ denotes the exponent of fast matrix multiplication. The state-of-the-art sample complexity of this problem is $\sim k^4$, but was only known to be achieved by an *exponential-time* algorithm. Our algorithm uses the same number of samples but has a polynomial runtime, laying the groundwork for an efficient Fourier Interpolation algorithm. The centerpiece of our algorithm is a new sufficient condition for the frequency estimation task -- a high signal-to-noise (SNR) band condition -- which allows for efficient and accurate signal reconstruction. Based on this condition together with a new structural decomposition of Fourier signals (Signal Equivalent Method), we design a cheap algorithm for estimating each "significant" frequency within a narrow range, which is then combined with a signal estimation algorithm into a new Fourier Interpolation framework to reconstruct the ground-truth signal.


翻译:我们研究在时间区间 $[0, T]$ 内,从带噪样本中插值带噪傅里叶稀疏信号的问题,其中真实信号可以是任意带限为 $[-F, F]$ 的 $k$-傅里叶稀疏信号。我们的主要成果是一种高效的傅里叶插值算法,它在以下三个方面改进了 [Chen, Kane, Price, and Song, FOCS 2016] 之前的最优算法: $\bullet$ 样本复杂度从 $\widetilde{O}(k^{51})$ 提升至 $\widetilde{O}(k^{4})$。 $\bullet$ 时间复杂度从 $\widetilde{O}(k^{10\omega+40})$ 提升至 $\widetilde{O}(k^{4 \omega})$。 $\bullet$ 输出稀疏度从 $\widetilde{O}(k^{10})$ 提升至 $\widetilde{O}(k^{4})$。 这里 $\omega$ 表示快速矩阵乘法的指数。该问题当前最优的样本复杂度为 $\sim k^4$,但此前仅能通过*指数时间*算法实现。我们的算法使用相同数量的样本,却具有多项式运行时间,为高效傅里叶插值算法奠定了坚实基础。 本算法的核心是频率估计任务的一个新充分条件——高信噪比(SNR)频带条件——它能够实现高效且精确的信号重构。基于该条件以及傅里叶信号的新结构分解(信号等价方法),我们设计了一种廉价算法,用于在窄范围内估计每个“显著”频率,随后将其与信号估计算法相结合,形成一种新的傅里叶插值框架,以重构真实信号。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
52+阅读 · 2020年12月14日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
全球首个GNN为主的AI创业公司,募资$18.5 million!
图与推荐
1+阅读 · 2022年4月16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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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】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
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 · 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 · 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
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
15+阅读 · 2020年12月17日
VIP会员
最新内容
《异构人类团队的协作决策过程混合建模研究》
专知会员服务
1+阅读 · 5分钟前
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
2+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
10+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
6+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
9+阅读 · 7月26日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
全球首个GNN为主的AI创业公司,募资$18.5 million!
图与推荐
1+阅读 · 2022年4月16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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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】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
相关基金
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 · 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 · 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
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员