We consider the problem of mixed sparse linear regression with two components, where two real $k$-sparse signals $\beta_1, \beta_2$ are to be recovered from $n$ unlabelled noisy linear measurements. The sparsity is allowed to be sublinear in the dimension, and additive noise is assumed to be independent Gaussian with variance $\sigma^2$. Prior work has shown that the problem suffers from a $\frac{k}{SNR^2}$-to-$\frac{k^2}{SNR^2}$ statistical-to-computational gap, resembling other computationally challenging high-dimensional inference problems such as Sparse PCA and Robust Sparse Mean Estimation; here $SNR$ is the signal-to-noise ratio. We establish the existence of a more extensive computational barrier for this problem through the method of low-degree polynomials, but show that the problem is computationally hard only in a very narrow symmetric parameter regime. We identify a smooth information-computation tradeoff between the sample complexity $n$ and runtime for any randomized algorithm in this hard regime. Via a simple reduction, this provides novel rigorous evidence for the existence of a computational barrier to solving exact support recovery in sparse phase retrieval with sample complexity $n = \tilde{o}(k^2)$. Our second contribution is to analyze a simple thresholding algorithm which, outside of the narrow regime where the problem is hard, solves the associated mixed regression detection problem in $O(np)$ time with square-root the number of samples and matches the sample complexity required for (non-mixed) sparse linear regression; this allows the recovery problem to be subsequently solved by state-of-the-art techniques from the dense case. As a special case of our results, we show that this simple algorithm is order-optimal among a large family of algorithms in solving exact signed support recovery in sparse linear regression.


翻译:我们考虑具有两个分量的混合稀疏线性回归问题,其中两个实值$k$-稀疏信号$\beta_1, \beta_2$需从$n$个未标记的含噪线性测量中恢复。稀疏度允许在维度上呈次线性,且加性噪声假设为独立高斯分布,方差为$\sigma^2$。先前研究表明,该问题存在从$\frac{k}{SNR^2}$到$\frac{k^2}{SNR^2}$的统计-计算差距,类似于其他计算挑战性高维推断问题(如稀疏PCA和鲁棒稀疏均值估计);这里$SNR$为信噪比。我们通过低次多项式方法证明该问题存在更广泛的计算障碍,但仅在非常狭窄的对称参数区域内呈现计算困难。我们发现在该困难区域内,随机算法的样本复杂度$n$与运行时间之间存在平滑的信息-计算权衡。通过简单归约,这为稀疏相位恢复中精确支持恢复在样本复杂度$n = \tilde{o}(k^2)$时存在计算障碍提供了新的严谨证据。我们的第二个贡献是分析了一种简单阈值算法:在问题非困难的狭窄区域之外,该算法能在$O(np)$时间内以样本数的平方根解决关联的混合回归检测问题,并匹配(非混合)稀疏线性回归所需的样本复杂度;这使得恢复问题可随后通过密集情形下的最先进技术解决。作为我们结果的特例,我们证明该简单算法在稀疏线性回归的精确带符号支持恢复问题中,在一大类算法中达到阶数最优。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
78+阅读 · 2021年3月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【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
【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 · 2016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 · 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
10+阅读 · 2021年11月3日
VIP会员
最新内容
认知战:定义与能力发展
专知会员服务
0+阅读 · 58分钟前
乌军利用美国“黄蜂”无人机摧毁俄军后勤
专知会员服务
5+阅读 · 6月7日
《支持作战级人机协同智能的交互式OODA流程》
专知会员服务
14+阅读 · 6月7日
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
8+阅读 · 6月6日
相关资讯
Multi-Task Learning的几篇综述文章
深度学习自然语言处理
15+阅读 · 2020年6月15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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【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
【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 · 2016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 · 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