For real symmetric matrices that are accessible only through matrix vector products, we present Monte Carlo estimators for computing the diagonal elements. Our probabilistic bounds for normwise absolute and relative errors apply to Monte Carlo estimators based on random Rademacher, sparse Rademacher, normalized and unnormalized Gaussian vectors, and to vectors with bounded fourth moments. The novel use of matrix concentration inequalities in our proofs represents a systematic model for future analyses. Our bounds mostly do not depend on the matrix dimension, target different error measures than existing work, and imply that the accuracy of the estimators increases with the diagonal dominance of the matrix. An application to derivative-based global sensitivity metrics corroborates this, as do numerical experiments on synthetic test matrices. We recommend against the use in practice of sparse Rademacher vectors, which are the basis for many randomized sketching and sampling algorithms, because they tend to deliver barely a digit of accuracy even under large sampling amounts.


翻译:对于只能通过矩阵矢量产品获得的真正对称矩阵,我们提出蒙特卡洛测算器,用于计算对等元素。我们对基于随机Rademacher、稀疏Rademacher、稀疏Rademacher、标准化和未规范化高斯矢量的蒙特卡洛测算器以及四分之一的矢量,适用规范绝对和相对误差的概率界限。在证据中新使用的矩阵浓度不平等是今后分析的系统模型。我们的界限主要不取决于矩阵尺寸,而针对与现有工作不同的误差计量,意味着测算器的精确度随着矩阵的对角优势而提高。基于衍生物的全球灵敏度测量仪的应用证实了这一点,合成测试矩阵的数值实验也是如此。我们建议不要在实践中使用稀有的Rademacher矢量,这是许多随机绘制草图和取样算法的基础,因为即使在大量取样的情况下,它们也往往提供不到准确数字。

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