Machine learning models have demonstrated substantial performance enhancements over non-learned alternatives in various fundamental data management operations, including indexing (locating items in an array), cardinality estimation (estimating the number of matching records in a database), and range-sum estimation (estimating aggregate attribute values for query-matched records). However, real-world systems frequently favor less efficient non-learned methods due to their ability to offer (worst-case) error guarantees - an aspect where learned approaches often fall short. The primary objective of these guarantees is to ensure system reliability, ensuring that the chosen approach consistently delivers the desired level of accuracy across all databases. In this paper, we embark on the first theoretical study of such guarantees for learned methods, presenting the necessary conditions for such guarantees to hold when using machine learning to perform indexing, cardinality estimation and range-sum estimation. Specifically, we present the first known lower bounds on the model size required to achieve the desired accuracy for these three key database operations. Our results bound the required model size for given average and worst-case errors in performing database operations, serving as the first theoretical guidelines governing how model size must change based on data size to be able to guarantee an accuracy level. More broadly, our established guarantees pave the way for the broader adoption and integration of learned models into real-world systems.


翻译:机器学习模型在多种基础数据管理操作中已展现出优于非学习型方法的显著性能提升,这些操作包括索引(在数组中定位项)、基数估计(估计数据库中匹配记录的数量)以及范围求和估计(估计查询匹配记录的聚合属性值)。然而,实际系统往往更倾向于采用效率较低的非学习方法,因为它们能够提供(最坏情况下的)误差保证——而这正是学习方法通常欠缺的方面。这些保证的主要目标是确保系统可靠性,即所选方法在所有数据库上始终能够达到期望的准确度水平。在本文中,我们首次对学习型方法的此类保证进行了理论研究,提出了在使用机器学习执行索引、基数估计和范围求和估计时此类保证成立的必要条件。具体而言,我们首次给出了实现这三种关键数据库操作所需准确度时模型大小的已知下界。我们的结果限定了在给定平均误差和最坏情况误差下执行数据库操作所需的模型大小,这为模型大小必须如何根据数据规模变化以保证准确度水平提供了首个理论指导。更广泛地说,我们建立的保证为学习模型在实际系统中更广泛的采用和集成铺平了道路。

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
【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
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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
46+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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
Exploring Visual Relationship for Image Captioning
Arxiv
15+阅读 · 2018年9月19日
Arxiv
15+阅读 · 2018年2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
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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
相关论文
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
38+阅读 · 2020年12月2日
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
Exploring Visual Relationship for Image Captioning
Arxiv
15+阅读 · 2018年9月19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 · 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
46+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
3+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
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员