A covariance matrix estimator using two bits per entry was recently developed by Dirksen, Maly and Rauhut [Annals of Statistics, 50(6), pp. 3538-3562]. The estimator achieves near minimax rate for general sub-Gaussian distributions, but also suffers from two downsides: theoretically, there is an essential gap on operator norm error between their estimator and sample covariance when the diagonal of the covariance matrix is dominated by only a few entries; practically, its performance heavily relies on the dithering scale, which needs to be tuned according to some unknown parameters. In this work, we propose a new 2-bit covariance matrix estimator that simultaneously addresses both issues. Unlike the sign quantizer associated with uniform dither in Dirksen et al., we adopt a triangular dither prior to a 2-bit quantizer inspired by the multi-bit uniform quantizer. By employing dithering scales varying across entries, our estimator enjoys an improved operator norm error rate that depends on the effective rank of the underlying covariance matrix rather than the ambient dimension, thus closing the theoretical gap. Moreover, our proposed method eliminates the need of any tuning parameter, as the dithering scales are entirely determined by the data. Experimental results under Gaussian samples are provided to showcase the impressive numerical performance of our estimator. Remarkably, by halving the dithering scales, our estimator oftentimes achieves operator norm errors less than twice of the errors of sample covariance.


翻译:Dirksen、Maly和Rauhut [《统计学年鉴》,第50卷第6期,第3538-3562页] 近期提出了一种每项仅用两比特的协方差矩阵估计器。该估计器在一般亚高斯分布下达到了近乎极小化最优的收敛速率,但同时存在两个缺陷:理论上,当协方差矩阵的对角线仅由少数元素主导时,其估计器与样本协方差之间的算子范数误差存在本质差距;实践中,其性能严重依赖于抖动尺度,而该尺度需根据某些未知参数进行调优。本文提出了一种新的两比特协方差矩阵估计器,同时解决了上述两个问题。与Dirksen等人采用的均匀抖动符号量化器不同,我们受多比特均匀量化器的启发,在双比特量化器前采用三角抖动。通过采用随元素变化的抖动尺度,我们的估计器获得了改进的算子范数误差率,该误差率取决于底层协方差矩阵的有效秩而非环境维度,从而弥补了理论差距。此外,由于抖动尺度完全由数据决定,我们提出的方法无需任何调优参数。我们提供了高斯样本下的实验结果,展示了所提估计器优异的数值性能。值得注意的是,通过将抖动尺度减半,我们的估计器通常能实现低于样本协方差误差两倍的算子范数误差。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
3+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
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
Arxiv
11+阅读 · 2018年4月8日
VIP会员
最新内容
面向国防作战的最佳自主与蜂群无人机技术
专知会员服务
4+阅读 · 今天8:04
《异构人类团队的协作决策过程混合建模研究》
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:59
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
5+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
11+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
7+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
10+阅读 · 7月26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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
3+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员