We present the framework of slowly varying regression under sparsity, allowing sparse regression models to exhibit slow and sparse variations. The problem of parameter estimation is formulated as a mixed-integer optimization problem. We demonstrate that it can be precisely reformulated as a binary convex optimization problem through a novel relaxation technique. This relaxation involves a new equality on Moore-Penrose inverses, convexifying the non-convex objective function while matching the original objective on all feasible binary points. This enables us to efficiently solve the problem to provable optimality using a cutting plane-type algorithm. We develop a highly optimized implementation of this algorithm, substantially improving upon the asymptotic computational complexity of a straightforward implementation. Additionally, we propose a fast heuristic method that guarantees a feasible solution and, as empirically illustrated, produces high-quality warm-start solutions for the binary optimization problem. To tune the framework's hyperparameters, we suggest a practical procedure relying on binary search that, under certain assumptions, is guaranteed to recover the true model parameters. On both synthetic and real-world datasets, we demonstrate that the resulting algorithm outperforms competing formulations in comparable times across various metrics, including estimation accuracy, predictive power, and computational time. The algorithm is highly scalable, allowing us to train models with thousands of parameters. Our implementation is available open-source at https://github.com/vvdigalakis/SSVRegression.git.


翻译:我们提出稀疏性下的缓慢变化回归框架,允许稀疏回归模型呈现缓慢且稀疏的变化。参数估计问题被构建为混合整数优化问题。我们证明通过一种新颖的松弛技术,该问题可以精确重构为二元凸优化问题。该松弛涉及关于Moore-Penrose逆的新等式,在凸化非凸目标函数的同时,使所有可行二元点上的原目标函数保持不变。这使我们能够利用割平面类算法高效地求解问题至可证明的最优性。我们开发了该算法的高度优化实现,显著改进了朴素实现的渐近计算复杂度。此外,我们提出一种快速启发式方法,该方法保证得到可行解,且如实验所示,能为二元优化问题生成高质量的热启动初始解。为调整框架的超参数,我们提出一种基于二分搜索的实用程序,该程序在特定假设下保证能恢复真实模型参数。在合成数据集和真实世界数据集上,我们证明所得算法在可比时间内,于估计精度、预测能力和计算时间等多个指标上均优于竞争性方法。该算法具有高度可扩展性,能够训练包含数千个参数的模型。我们的开源实现见https://github.com/vvdigalakis/SSVRegression.git。

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
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17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
【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
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
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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
13+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
47+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
2+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月1日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月30日
Arxiv
18+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
Exploring Visual Relationship for Image Captioning
Arxiv
15+阅读 · 2018年9月19日
Arxiv
29+阅读 · 2017年12月6日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:00
21世纪的无人机战争
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:05
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
2+阅读 · 今天13:51
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
相关VIP内容
相关资讯
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
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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年1月1日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月30日
Arxiv
18+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月26日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
Exploring Visual Relationship for Image Captioning
Arxiv
15+阅读 · 2018年9月19日
Arxiv
29+阅读 · 2017年12月6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
13+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
47+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
2+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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员