We study the problem of {\em online} low-rank matrix completion with $\mathsf{M}$ users, $\mathsf{N}$ items and $\mathsf{T}$ rounds. In each round, the algorithm recommends one item per user, for which it gets a (noisy) reward sampled from a low-rank user-item preference matrix. The goal is to design a method with sub-linear regret (in $\mathsf{T}$) and nearly optimal dependence on $\mathsf{M}$ and $\mathsf{N}$. The problem can be easily mapped to the standard multi-armed bandit problem where each item is an {\em independent} arm, but that leads to poor regret as the correlation between arms and users is not exploited. On the other hand, exploiting the low-rank structure of reward matrix is challenging due to non-convexity of the low-rank manifold. We first demonstrate that the low-rank structure can be exploited using a simple explore-then-commit (ETC) approach that ensures a regret of $O(\mathsf{polylog} (\mathsf{M}+\mathsf{N}) \mathsf{T}^{2/3})$. That is, roughly only $\mathsf{polylog} (\mathsf{M}+\mathsf{N})$ item recommendations are required per user to get a non-trivial solution. We then improve our result for the rank-$1$ setting which in itself is quite challenging and encapsulates some of the key issues. Here, we propose \textsc{OCTAL} (Online Collaborative filTering using iterAtive user cLustering) that guarantees nearly optimal regret of $O(\mathsf{polylog} (\mathsf{M}+\mathsf{N}) \mathsf{T}^{1/2})$. OCTAL is based on a novel technique of clustering users that allows iterative elimination of items and leads to a nearly optimal minimax rate.


翻译:我们研究了在线低秩矩阵补全问题,涉及$\mathsf{M}$个用户、$\mathsf{N}$个项目和$\mathsf{T}$轮交互。在每一轮中,算法为每个用户推荐一个项目,并从中获得一个(含噪声的)奖励,该奖励由低秩的用户-项目偏好矩阵采样得到。目标是设计一种方法,使其遗憾(关于$\mathsf{T}$)呈次线性,并在$\mathsf{M}$和$\mathsf{N}$上具有近乎最优的依赖关系。该问题可轻松映射到标准多臂老虎机问题,其中每个项目是一个独立臂,但这种方式会因未利用臂与用户之间的相关性而导致较高的遗憾。另一方面,利用奖励矩阵的低秩结构具有挑战性,因为低秩流形是非凸的。我们首先证明,可以通过简单的"先探索后提交"(ETC)方法来利用低秩结构,该方法保证遗憾为$O(\mathsf{polylog} (\mathsf{M}+\mathsf{N}) \mathsf{T}^{2/3})$。也就是说,每个用户只需约$\mathsf{polylog} (\mathsf{M}+\mathsf{N})$次项目推荐即可获得非平凡解。随后,我们针对秩为$1$的情况改进了结果——这本身极具挑战性,并包含了问题的关键难点。在此情况下,我们提出了OCTAL(基于迭代用户聚类的在线协同过滤),它保证了近乎最优的遗憾$O(\mathsf{polylog} (\mathsf{M}+\mathsf{N}) \mathsf{T}^{1/2})$。OCTAL基于一种新颖的用户聚类技术,能够迭代消除项目,并达到近乎最优的极小化极大速率。

0
下载
关闭预览

相关内容

神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
一份简单《图神经网络》教程,28页ppt
专知会员服务
127+阅读 · 2020年8月2日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
Graph Neural Network(GNN)最全资源整理分享
深度学习与NLP
339+阅读 · 2019年7月9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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9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 · 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 · 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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月27日
Arxiv
15+阅读 · 2019年11月26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
6+阅读 · 6月17日
相关资讯
Graph Neural Network(GNN)最全资源整理分享
深度学习与NLP
339+阅读 · 2019年7月9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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9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 · 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 · 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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009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