We consider the problem of fitting a centered ellipsoid to $n$ standard Gaussian random vectors in $\mathbb{R}^d$, as $n, d \to \infty$ with $n/d^2 \to \alpha > 0$. It has been conjectured that this problem is, with high probability, satisfiable (SAT; that is, there exists an ellipsoid passing through all $n$ points) for $\alpha < 1/4$, and unsatisfiable (UNSAT) for $\alpha > 1/4$. In this work we give a precise analytical argument, based on the non-rigorous replica method of statistical physics, that indeed predicts a SAT/UNSAT transition at $\alpha = 1/4$, as well as the shape of a typical fitting ellipsoid in the SAT phase (i.e., the lengths of its principal axes). Besides the replica method, our main tool is the dilute limit of extensive-rank "HCIZ integrals" of random matrix theory. We further study different explicit algorithmic constructions of the matrix characterizing the ellipsoid. In particular, we show that a procedure based on minimizing its nuclear norm yields a solution in the whole SAT phase. Finally, we characterize the SAT/UNSAT transition for ellipsoid fitting of a large class of rotationally-invariant random vectors. Our work suggests mathematically rigorous ways to analyze fitting ellipsoids to random vectors, which is the topic of a companion work.


翻译:我们考虑了将中心化椭球拟合到 $\mathbb{R}^d$ 中 $n$ 个标准高斯随机向量的问题,其中 $n, d \to \infty$ 且 $n/d^2 \to \alpha > 0$。已有猜想认为,该问题在高概率下,当 $\alpha < 1/4$ 时可满足(SAT;即存在一个椭球穿过所有 $n$ 个点),而当 $\alpha > 1/4$ 时不可满足(UNSAT)。本文基于统计物理学中非严格的副本方法,给出了一个精确的分析论证,预测了在 $\alpha = 1/4$ 处确实存在 SAT/UNSAT 转变,并刻画了 SAT 阶段典型拟合椭球的形状(即其主轴长度)。除副本方法外,我们的主要工具是随机矩阵理论中广秩“HCIZ 积分”的稀释极限。我们进一步研究了描述椭球矩阵的不同显式算法构造。特别地,我们证明了一种基于最小化其核范数的过程可在整个 SAT 阶段得到解。最后,我们刻画了一大类旋转不变随机向量椭球拟合的 SAT/UNSAT 转变。我们的工作为分析随机向量椭球拟合提供了数学上严谨的方法,这也是后续工作的主题。

0
下载
关闭预览

相关内容

SAT是研究者关注命题可满足性问题的理论与应用的第一次年度会议。除了简单命题可满足性外,它还包括布尔优化(如MaxSAT和伪布尔(PB)约束)、量化布尔公式(QBF)、可满足性模理论(SMT)和约束规划(CP),用于与布尔级推理有明确联系的问题。官网链接:http://sat2019.tecnico.ulisboa.pt/
【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
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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
国家自然科学基金
1+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 · 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
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
Arxiv
69+阅读 · 2022年9月7日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
VIP会员
最新内容
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
5+阅读 · 今天6:56
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
2+阅读 · 今天4:16
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
10+阅读 · 今天3:36
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:21
《电子战数据交换模型研究报告》
专知会员服务
6+阅读 · 今天3:13
《基于Transformer的异常舰船导航识别与跟踪》80页
《低数据领域军事目标检测模型研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天2:37
【CMU博士论文】物理世界的视觉感知与深度理解
专知会员服务
10+阅读 · 4月22日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
CNN 反向传播算法推导
统计学习与视觉计算组
30+阅读 · 2017年12月29日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
国家自然科学基金
1+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 · 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
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