A random $m\times n$ matrix $S$ is an oblivious subspace embedding (OSE) with parameters $\epsilon>0$, $\delta\in(0,1/3)$ and $d\leq m\leq n$, if for any $d$-dimensional subspace $W\subseteq R^n$, $P\big(\,\forall_{x\in W}\ (1+\epsilon)^{-1}\|x\|\leq\|Sx\|\leq (1+\epsilon)\|x\|\,\big)\geq 1-\delta.$ It is known that the embedding dimension of an OSE must satisfy $m\geq d$, and for any $\theta > 0$, a Gaussian embedding matrix with $m\geq (1+\theta) d$ is an OSE with $\epsilon = O_\theta(1)$. However, such optimal embedding dimension is not known for other embeddings. Of particular interest are sparse OSEs, having $s\ll m$ non-zeros per column, with applications to problems such as least squares regression and low-rank approximation. We show that, given any $\theta > 0$, an $m\times n$ random matrix $S$ with $m\geq (1+\theta)d$ consisting of randomly sparsified $\pm1/\sqrt s$ entries and having $s= O(\log^4(d))$ non-zeros per column, is an oblivious subspace embedding with $\epsilon = O_{\theta}(1)$. Our result addresses the main open question posed by Nelson and Nguyen (FOCS 2013), who conjectured that sparse OSEs can achieve $m=O(d)$ embedding dimension, and it improves on $m=O(d\log(d))$ shown by Cohen (SODA 2016). We use this to construct the first oblivious subspace embedding with $O(d)$ embedding dimension that can be applied faster than current matrix multiplication time, and to obtain an optimal single-pass algorithm for least squares regression. We further extend our results to Leverage Score Sparsification (LESS), which is a recently introduced non-oblivious embedding technique. We use LESS to construct the first subspace embedding with low distortion $\epsilon=o(1)$ and optimal embedding dimension $m=O(d/\epsilon^2)$ that can be applied in current matrix multiplication time.


翻译:一个随机 $m\times n$ 矩阵 $S$ 若满足以下条件,则称为参数为 $\epsilon>0$、$\delta\in(0,1/3)$ 和 $d\leq m\leq n$ 的 oblivious 子空间嵌入(OSE):对于任意 $d$ 维子空间 $W\subseteq R^n$,有 $P\big(\,\forall_{x\in W}\ (1+\epsilon)^{-1}\|x\|\leq\|Sx\|\leq (1+\epsilon)\|x\|\,\big)\geq 1-\delta.$ 已知 OSE 的嵌入维度必须满足 $m\geq d$,并且对于任意 $\theta > 0$,具有 $m\geq (1+\theta) d$ 的高斯嵌入矩阵是一个 $\epsilon = O_\theta(1)$ 的 OSE。然而,对于其他嵌入方式,这种最优嵌入维度尚不明确。特别令人关注的是稀疏 OSE,其每列仅有 $s\ll m$ 个非零元素,可应用于最小二乘回归和低秩逼近等问题。我们证明,给定任意 $\theta > 0$,一个 $m\times n$ 随机矩阵 $S$,若满足 $m\geq (1+\theta)d$,其元素由随机稀疏化的 $\pm1/\sqrt s$ 项构成且每列有 $s= O(\log^4(d))$ 个非零元,则该矩阵是一个 $\epsilon = O_{\theta}(1)$ 的 oblivious 子空间嵌入。我们的结果解决了 Nelson 和 Nguyen(FOCS 2013)提出的主要开放性问题,他们猜想稀疏 OSE 可以实现 $m=O(d)$ 的嵌入维度,并且改进了 Cohen(SODA 2016)所证明的 $m=O(d\log(d))$。利用此结果,我们构造了第一个嵌入维度为 $O(d)$ 且应用速度快于当前矩阵乘法时间的 oblivious 子空间嵌入,并得到了最小二乘回归的最优单遍算法。我们进一步将结果推广到 Leverage Score Sparsification(LESS),这是一种最近引入的非 oblivious 嵌入技术。利用 LESS,我们构造了第一个具有低失真 $\epsilon=o(1)$ 和最优嵌入维度 $m=O(d/\epsilon^2)$ 的子空间嵌入,且该嵌入可在当前矩阵乘法时间内应用。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
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
12+阅读 · 2021年7月26日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Anomalous Instance Detection in Deep Learning: A Survey
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
Arxiv
15+阅读 · 2018年2月4日
VIP会员
最新内容
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:30
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:43
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:26
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:12
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
17+阅读 · 6月2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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
相关论文
Arxiv
12+阅读 · 2021年7月26日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Anomalous Instance Detection in Deep Learning: A Survey
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Arxiv
14+阅读 · 2018年5月15日
Arxiv
15+阅读 · 2018年2月4日
相关基金
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
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