The group testing problem is a canonical inference task where one seeks to identify $k$ infected individuals out of a population of $n$ people, based on the outcomes of $m$ group tests. Of particular interest is the case of Bernoulli group testing (BGT), where each individual participates in each test independently and with a fixed probability. BGT is known to be an ``information-theoretically'' optimal design, as there exists a decoder that can identify with high probability as $n$ grows the infected individuals using $m^*=\log_2 \binom{n}{k}$ BGT tests, which is the minimum required number of tests among \emph{all} group testing designs. An important open question in the field is if a polynomial-time decoder exists for BGT which succeeds also with $m^*$ samples. In a recent paper (Iliopoulos, Zadik COLT '21) some evidence was presented (but no proof) that a simple low-temperature MCMC method could succeed. The evidence was based on a first-moment (or ``annealed'') analysis of the landscape, as well as simulations that show the MCMC success for $n \approx 1000s$. In this work, we prove that, despite the intriguing success in simulations for small $n$, the class of MCMC methods proposed in previous work for BGT with $m^*$ samples takes super-polynomial-in-$n$ time to identify the infected individuals, when $k=n^{\alpha}$ for $\alpha \in (0,1)$ small enough. Towards obtaining our results, we establish the tight max-satisfiability thresholds of the random $k$-set cover problem, a result of potentially independent interest in the study of random constraint satisfaction problems.


翻译:群组检测问题是一个典型的推断任务,其目标是在对n个人进行m次群组测试的结果基础上,识别出k名感染者。特别值得关注的是Bernoulli群组检测(BGT)情形,其中每个个体以固定概率独立参与每次测试。BGT被认为是一种“信息论意义上”最优的设计方案,因为存在一种解码器,当n增长时,能够以高概率使用m* = log₂ C(n,k)次BGT测试识别感染者,这是所有群组检测方案中所需的最小测试次数。该领域一个重要悬而未决的问题是:是否存在一种多项式时间解码器,在仅使用m*个样本时仍能成功完成BGT解码。近期论文(Iliopoulos, Zadik COLT '21)提出了(但未证明)一种简单的低温MCMC方法可能成功的证据,该证据基于对解空间的一阶矩(或“退火”)分析,以及显示MCMC在n≈1000量级时成功的模拟实验。本研究中,我们证明尽管小规模n的模拟实验显示出令人瞩目的成功,但当k = n^α(其中α∈(0,1)足够小)时,先前工作中提出的针对m*样本BGT的MCMC方法类需要超多项式时间(以n为变量)才能识别感染者。为获得此结果,我们建立了随机k-集合覆盖问题的紧致最大可满足性阈值,这一成果对随机约束满足问题的研究可能具有独立价值。

0
下载
关闭预览

相关内容

Group一直是研究计算机支持的合作工作、人机交互、计算机支持的协作学习和社会技术研究的主要场所。该会议将社会科学、计算机科学、工程、设计、价值观以及其他与小组工作相关的多个不同主题的工作结合起来,并进行了广泛的概念化。官网链接:https://group.acm.org/conferences/group20/
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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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
1+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
0+阅读 · 2024年12月4日
VIP会员
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
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
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
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
1+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