We study the problem of detecting the correlation between two Gaussian databases $\mathsf{X}\in\mathbb{R}^{n\times d}$ and $\mathsf{Y}^{n\times d}$, each composed of $n$ users with $d$ features. This problem is relevant in the analysis of social media, computational biology, etc. We formulate this as a hypothesis testing problem: under the null hypothesis, these two databases are statistically independent. Under the alternative, however, there exists an unknown permutation $\sigma$ over the set of $n$ users (or, row permutation), such that $\mathsf{X}$ is $\rho$-correlated with $\mathsf{Y}^\sigma$, a permuted version of $\mathsf{Y}$. We determine sharp thresholds at which optimal testing exhibits a phase transition, depending on the asymptotic regime of $n$ and $d$. Specifically, we prove that if $\rho^2d\to0$, as $d\to\infty$, then weak detection (performing slightly better than random guessing) is statistically impossible, irrespectively of the value of $n$. This compliments the performance of a simple test that thresholds the sum all entries of $\mathsf{X}^T\mathsf{Y}$. Furthermore, when $d$ is fixed, we prove that strong detection (vanishing error probability) is impossible for any $\rho<\rho^\star$, where $\rho^\star$ is an explicit function of $d$, while weak detection is again impossible as long as $\rho^2d\to0$. These results close significant gaps in current recent related studies.


翻译:我们研究两个高斯数据库 $\mathsf{X}\in\mathbb{R}^{n\times d}$ 与 $\mathsf{Y}^{n\times d}$ 之间相关性的检测问题,每个数据库由 $n$ 个用户和 $d$ 个特征组成。该问题在社交媒体分析、计算生物学等领域具有重要应用。我们将此建模为假设检验问题:在原假设下,两个数据库统计独立;而在备择假设下,存在一个作用于 $n$ 个用户集合的未知置换 $\sigma$(即行置换),使得 $\mathsf{X}$ 与 $\mathsf{Y}$ 的置换版本 $\mathsf{Y}^\sigma$ 呈 $\rho$ 相关性。我们确定了最优检验出现相变现象的尖锐阈值,该阈值取决于 $n$ 和 $d$ 的渐近 regime。具体而言,我们证明:若 $d\to\infty$ 时 $\rho^2d\to0$,则弱检测(性能略优于随机猜测)在统计上不可能实现,且该结论与 $n$ 的取值无关。这一结果补充了基于 $\mathsf{X}^T\mathsf{Y}$ 所有元素求和阈值的简单检验的性能分析。此外,当 $d$ 固定时,我们证明:对于任意 $\rho<\rho^\star$,强检测(误差概率趋近于零)不可能实现,其中 $\rho^\star$ 是 $d$ 的显式函数;而只要 $\rho^2d\to0$,弱检测同样不可能实现。这些结果填补了近期相关研究中的重大空白。

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
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
127+阅读 · 2020年11月20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
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
已删除
德先生
53+阅读 · 2019年4月28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
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8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 · 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
1+阅读 · 2012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 · 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 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月20日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月19日
Arxiv
15+阅读 · 2020年12月17日
VIP会员
最新内容
乌克兰战场背后的新武器
专知会员服务
5+阅读 · 6月12日
基于博弈论的陆军人机协同(长文报告)
专知会员服务
12+阅读 · 6月12日
美国陆军航空兵:以愿景引领转型
专知会员服务
7+阅读 · 6月12日
《多域战场上反制小型无人机系统》150页
专知会员服务
18+阅读 · 6月11日
战场人工智能:增强陆地作战能力的发现与要求
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
已删除
德先生
53+阅读 · 2019年4月28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
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
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 · 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
1+阅读 · 2012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 · 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 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员