We initiate the study of numerical linear algebra in the sliding window model, where only the most recent $W$ updates in a stream form the underlying data set. We first introduce a unified row-sampling based framework that gives randomized algorithms for spectral approximation, low-rank approximation/projection-cost preservation, and $\ell_1$-subspace embeddings in the sliding window model, which often use nearly optimal space and achieve nearly input sparsity runtime. Our algorithms are based on "reverse online" versions of offline sampling distributions such as (ridge) leverage scores, $\ell_1$ sensitivities, and Lewis weights to quantify both the importance and the recency of a row. Our row-sampling framework rather surprisingly implies connections to the well-studied online model; our structural results also give the first sample optimal (up to lower order terms) online algorithm for low-rank approximation/projection-cost preservation. Using this powerful primitive, we give online algorithms for column/row subset selection and principal component analysis that resolves the main open question of Bhaskara et. al.,(FOCS 2019). We also give the first online algorithm for $\ell_1$-subspace embeddings. We further formalize the connection between the online model and the sliding window model by introducing an additional unified framework for deterministic algorithms using a merge and reduce paradigm and the concept of online coresets. Our sampling based algorithms in the row-arrival online model yield online coresets, giving deterministic algorithms for spectral approximation, low-rank approximation/projection-cost preservation, and $\ell_1$-subspace embeddings in the sliding window model that use nearly optimal space.


翻译:我们首次在滑动窗口模型中研究数值线性代数问题,其中仅由数据流中最新的$W$个更新构成底层数据集。我们首先引入统一的基于行采样的框架,为滑动窗口模型下的谱近似、低秩近似/投影成本保持以及$\ell_1$-子空间嵌入提供随机算法,这些算法通常使用近最优空间并达到近输入稀疏度运行时间。我们的算法基于离线采样分布(如岭杠杆分数、$\ell_1$敏感度和刘易斯权重)的"反向在线"版本,以量化行的重要性和时效性。令人惊讶的是,我们的行采样框架揭示了与已广泛研究的在线模型之间的关联;我们的结构结果还首次给出了低秩近似/投影成本保持的样本最优(忽略低阶项)在线算法。利用这一强大工具,我们给出了解决Bhaskara等人(FOCS 2019)主要开放问题的列/行子集选择与主成分分析的在线算法,并提出了首个用于$\ell_1$-子空间嵌入的在线算法。我们进一步形式化了在线模型与滑动窗口模型之间的关联,通过引入另一个使用合并与缩减范式及在线核心集概念的确定性算法统一框架。基于采样的在线行到达模型算法生成了在线核心集,从而为滑动窗口模型下的谱近似、低秩近似/投影成本保持以及$\ell_1$-子空间嵌入提供了使用近最优空间的确定性算法。

0
下载
关闭预览

相关内容

滑动窗口概念不仅存在于数据链路层,也存在于传输层,两者有不同的协议,但基本原理是相近的。其中一个重要区别是,一个是针对于帧的传送,另一个是字节数据的传送。
专知会员服务
78+阅读 · 2021年3月16日
【经典书】线性代数,Linear Algebra,525页pdf
专知会员服务
79+阅读 · 2021年1月29日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14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
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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
机器学习线性代数速查
机器学习研究会
19+阅读 · 2018年2月25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
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
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 · 2013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
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
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月29日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月29日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月27日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月25日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
5+阅读 · 6月17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
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
机器学习线性代数速查
机器学习研究会
19+阅读 · 2018年2月25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
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
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 · 2013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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员