Generalized approximate message passing (GAMP) is a computationally efficient algorithm for estimating an unknown signal $w_0\in\mathbb{R}^N$ from a random linear measurement $y= Xw_0 + \epsilon\in\mathbb{R}^M$, where $X\in\mathbb{R}^{M\times N}$ is a known measurement matrix and $\epsilon$ is the noise vector. The salient feature of GAMP is that it can provide an unbiased estimator $\hat{r}^{\rm G}\sim\mathcal{N}(w_0, \hat{s}^2I_N)$, which can be used for various hypothesis-testing methods. In this study, we consider the bootstrap average of an unbiased estimator of GAMP for the elastic net. By numerically analyzing the state evolution of \emph{approximate message passing with resampling}, which has been proposed for computing bootstrap statistics of the elastic net estimator, we investigate when the bootstrap averaging reduces the variance of the unbiased estimator and the effect of optimizing the size of each bootstrap sample and hyperparameter of the elastic net regularization in the asymptotic setting $M, N\to\infty, M/N\to\alpha\in(0,\infty)$. The results indicate that bootstrap averaging effectively reduces the variance of the unbiased estimator when the actual data generation process is inconsistent with the sparsity assumption of the regularization and the sample size is small. Furthermore, we find that when $w_0$ is less sparse, and the data size is small, the system undergoes a phase transition. The phase transition indicates the existence of the region where the ensemble average of unbiased estimators of GAMP for the elastic net norm minimization problem yields the unbiased estimator with the minimum variance.


翻译:广义近似消息传递(GAMP)是一种计算高效的算法,用于从随机线性测量 $y= Xw_0 + \epsilon\in\mathbb{R}^M$ 中估计未知信号 $w_0\in\mathbb{R}^N$,其中 $X\in\mathbb{R}^{M\times N}$ 是已知测量矩阵,$\epsilon$ 是噪声向量。GAMP的显著特点是它能提供无偏估计量 $\hat{r}^{\rm G}\sim\mathcal{N}(w_0, \hat{s}^2I_N)$,可用于各种假设检验方法。本研究考虑弹性网模型中GAMP无偏估计量的Bootstrap平均。通过数值分析已提出的用于计算弹性网估计量Bootstrap统计量的\textit{带重采样的近似消息传递}的状态演化,我们研究了在渐近设定$M, N\to\infty, M/N\to\alpha\in(0,\infty)$下,Bootstrap平均何时能降低无偏估计量的方差,以及优化每个Bootstrap样本量和弹性网正则化超参数的影响。结果表明,当实际数据生成过程与正则化的稀疏性假设不一致且样本量较小时,Bootstrap平均能有效降低无偏估计量的方差。此外,我们发现当$w_0$稀疏性较低且数据量较小时,系统会发生相变。该相变表明存在一个区域,在该区域内,弹性网范数最小化问题中GAMP无偏估计量的系综平均能产生方差最小的无偏估计量。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
浅聊对比学习(Contrastive Learning)
极市平台
3+阅读 · 2022年7月26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
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
【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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014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
3+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
2+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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月15日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月11日
VIP会员
最新内容
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:20
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
4+阅读 · 今天5:45
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
6+阅读 · 今天5:04
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
4+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
8+阅读 · 7月26日
《反无人机交战场景下的战斗归零研究》
专知会员服务
7+阅读 · 7月26日
博士论文 | 用代码结构感知方法推进代码大模型
相关VIP内容
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
相关资讯
浅聊对比学习(Contrastive Learning)
极市平台
3+阅读 · 2022年7月26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
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
【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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014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
3+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
2+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
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