Let $X_1,\ldots,X_n$ be i.i.d. centered Gaussian vectors in $\mathbb{R}^p$ with covariance $\Sigma$, and let $\hat{\Sigma}\equiv n^{-1}\sum_{i=1}^n X_iX_i^\top$ be the sample covariance. A central object of interest in the non-asymptotic theory of sample covariance is the spectral norm error $||\hat{\Sigma}-\Sigma||$ of the sample covariance $\hat{\Sigma}$. In the path-breaking work of Koltchinskii and Lounici [KL17a], the `zeroth-order' magnitude of $||\hat{\Sigma}-\Sigma||$ is characterized by the dimension-free two-sided estimate $\mathbb{E} \{||\hat{\Sigma}-\Sigma||/||\Sigma||\}\asymp \sqrt{r(\Sigma)/n}+r(\Sigma)/n $, using the so-called effective rank $r(\Sigma)\equiv \mathrm{tr}(\Sigma)/||\Sigma||$. The goal of this paper is to provide a dimension-free first-order characterization for $||\hat{\Sigma}-\Sigma||$. We show that \begin{equation*} \bigg|\frac{\mathbb{E} \{||\hat{\Sigma}-\Sigma||/||\Sigma||\} }{\mathbb{E}\sup_{\alpha \in [0,1]}\{(\alpha+n^{-1/2}\mathscr{G}_{\Sigma}(h;\alpha))^2-\alpha^2\}}- 1\bigg| \leq \frac{C}{\sqrt{r(\Sigma)} }, \end{equation*} where $\{\mathscr{G}_{\Sigma}(h;\alpha): \alpha \in [0,1]\}$ are (stochastic) Gaussian widths over spherical slices of the (standardized) $\Sigma$-ellipsoid, playing the role of a first-order analogue to the zeroth-order characteristic $r(\Sigma)$. As an immediate application of the first-order characterization, we obtain a version of the Koltchinskii-Lounici bound with optimal constants. In the more special context of spiked covariance models, our first-order characterization reveals a new phase transition of $||\hat{\Sigma}-\Sigma||$ that exhibits qualitatively different behavior compared to the BBP phase transitional behavior of $||\hat{\Sigma}||$. More specifically, we show that $||\hat{\Sigma}-\Sigma||$ remains the same `null' behavior in a large regime of the spike size, and grows slowly beyond the transition point.


翻译:LetX_ 1,\ Aldots, X_n美元是 i.d. 以 Gosian 向量為中心 $\ mathb{R\p$, 以共差$ 表示$Sgma$, 让$\ sgma_ equiv n\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ x\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium5
中国图象图形学学会CSIG
1+阅读 · 2021年11月11日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
1+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
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年9月17日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium5
中国图象图形学学会CSIG
1+阅读 · 2021年11月11日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
1+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
1+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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员