Dot product kernels, such as polynomial and exponential (softmax) kernels, are among the most widely used kernels in machine learning, as they enable modeling the interactions between input features, which is crucial in applications like computer vision, natural language processing, and recommender systems. We make several novel contributions for improving the efficiency of random feature approximations for dot product kernels, to make these kernels more useful in large scale learning. First, we present a generalization of existing random feature approximations for polynomial kernels, such as Rademacher and Gaussian sketches and TensorSRHT, using complex-valued random features. We show empirically that the use of complex features can significantly reduce the variances of these approximations. Second, we provide a theoretical analysis for understanding the factors affecting the efficiency of various random feature approximations, by deriving closed-form expressions for their variances. These variance formulas elucidate conditions under which certain approximations (e.g., TensorSRHT) achieve lower variances than others (e.g, Rademacher sketch), and conditions under which the use of complex features leads to lower variances than real features. Third, by using these variance formulas, which can be evaluated in practice, we develop a data-driven optimization approach to random feature approximations for general dot product kernels, which is also applicable to the Gaussian kernel. We describe the improvements brought by these contributions with extensive experiments on a variety of tasks and datasets.


翻译:计算机视觉、自然语言处理、建议系统等应用中至关重要的输入特性。 我们为改进圆点产品内核随机特性近似效率做出了一些新贡献,使这些内核在大规模学习中更加有用。 首先,我们用复杂估价随机特性,例如Rademacher和Gaussian素描和TensorSRHT等机器学习中最广泛使用的圆心内核现有随机特性近似值,因为它们能够模拟输入功能之间的相互作用,这对于计算机视觉、自然语言处理、建议系统等应用至关重要。 其次,我们提供理论分析,了解影响圆点产品内核随机特性近近似效率的各种因素,为差异提供封闭式的表达方式。 这些差异公式说明了某些近似(例如TensorSRT)的现有随机特性近似值近似值(例如Rademacher和Gaussian 素描图和TensorshT)比其他的更低差异性(例如,根据这些变异性模型,我们用这些变异性特性来评估这些特性,根据这些变异性模型和变异性模型,我们用这些特性来评估。

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