We consider the problem of sampling from the Ising model when the underlying interaction matrix has eigenvalues lying within an interval of length $\gamma$. Recent work in this setting has shown various algorithmic results that apply roughly when $\gamma< 1$, notably with nearly-linear running times based on the classical Glauber dynamics. However, the optimality of the range of $\gamma$ was not clear since previous inapproximability results developed for the antiferromagnetic case (where the matrix has entries $\leq 0$) apply only for $\gamma>2$. To this end, Kunisky (SODA'24) recently provided evidence that the problem becomes hard already when $\gamma>1$ based on the low-degree hardness for an inference problem on random matrices. Based on this, he conjectured that sampling from the Ising model in the same range of $\gamma$ is NP-hard. Here we confirm this conjecture, complementing in particular the known algorithmic results by showing NP-hardness results for approximately counting and sampling when $\gamma>1$, with strong inapproximability guarantees; we also obtain a more refined hardness result for matrices where only a constant number of entries per row are allowed to be non-zero. The main observation in our reductions is that, for $\gamma>1$, Glauber dynamics mixes slowly when the interactions are all positive (ferromagnetic) for the complete and random regular graphs, due to a bimodality in the underlying distribution. While ferromagnetic interactions typically preclude NP-hardness results, here we work around this by introducing in an appropriate way mild antiferromagnetism, keeping the spectrum roughly within the same range. This allows us to exploit the bimodality of the aforementioned graphs and show the target NP-hardness by adapting suitably previous inapproximability techniques developed for antiferromagnetic systems.


翻译:我们考虑从伊辛模型采样的难题,该模型底层交互矩阵的特征值位于长度为 $\gamma$ 的区间内。该领域近期研究表明,当 $\gamma< 1$ 时存在多种算法结果,特别是基于经典格劳伯动力学实现了近线性时间复杂度。然而,由于先前针对反铁磁情形(矩阵元素 $\leq 0$)建立的不可逼近性结果仅适用于 $\gamma>2$,$\gamma$ 取值范围的优化性尚不明确。为此,Kunisky(SODA'24)基于随机矩阵推断问题的低阶计算困难性,近期提出证据表明当 $\gamma>1$ 时该问题已具有计算困难性,并据此推测在相同 $\gamma$ 范围内从伊辛模型采样是NP困难问题。本文证实了该猜想,特别通过证明当 $\gamma>1$ 时近似计数与采样问题具有NP困难性(包含强不可逼近性保证),对现有算法结果形成了补充;我们还针对每行仅允许常数个非零元素的矩阵获得了更精细的困难性结果。归约证明中的核心观测是:当 $\gamma>1$ 时,在完全图与随机正则图上,若所有相互作用均为正(铁磁性),则格劳伯动力学会因底层分布的双峰特性而混合缓慢。虽然铁磁相互作用通常阻碍NP困难性结论的建立,但我们通过引入适度反铁磁相互作用(以特定方式保持谱范围基本不变)来规避此障碍。这使我们能够利用前述图结构的双峰特性,通过适当调整针对反铁磁系统开发的既有不可逼近性技术,最终证明目标问题的NP困难性。

0
下载
关闭预览

相关内容

IFIP TC13 Conference on Human-Computer Interaction是人机交互领域的研究者和实践者展示其工作的重要平台。多年来,这些会议吸引了来自几个国家和文化的研究人员。官网链接:http://interact2019.org/
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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
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
0+阅读 · 2015年12月31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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
Reasoning on Knowledge Graphs with Debate Dynamics
Arxiv
14+阅读 · 2020年1月2日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Arxiv
20+阅读 · 2018年10月25日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
1+阅读 · 今天13:30
多智能体协作机制
专知会员服务
0+阅读 · 今天13:26
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:39
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
6+阅读 · 今天2:48
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
9+阅读 · 今天2:43
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
7+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
8+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
14+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
10+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
5+阅读 · 4月24日
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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26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
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
0+阅读 · 2015年12月31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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员