We propose a continuous optimization algorithm for the Column Subset Selection Problem (CSSP) and Nystr\"om approximation. The CSSP and Nystr\"om method construct low-rank approximations of matrices based on a predetermined subset of columns. It is well known that choosing the best column subset of size $k$ is a difficult combinatorial problem. In this work, we show how one can approximate the optimal solution by defining a penalized continuous loss function which is minimized via stochastic gradient descent. We show that the gradients of this loss function can be estimated efficiently using matrix-vector products with a data matrix $X$ in the case of the CSSP or a kernel matrix $K$ in the case of the Nystr\"om approximation. We provide numerical results for a number of real datasets showing that this continuous optimization is competitive against existing methods.


翻译:我们提出了一种通过连续优化进行列子集选择问题(CSSP)和Nyström逼近的算法。CSSP和Nyström方法基于预定的一组列构建矩阵的低秩近似。众所周知,选择最佳大小为$k$的列子集是一项困难的组合优化问题。本文中,我们展示了如何通过定义一个惩罚连续损失函数来近似最优解,该函数通过随机梯度下降进行最小化。我们展示了在CSSP的情况下可以使用数据矩阵$X$的矩阵-向量乘积高效地估算该损失函数的梯度,在Nyström逼近的情况下可以使用核矩阵$K$。我们提供了许多真实数据集的数值结果,表明这种连续优化与现有方法相比具有竞争力。

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