We consider least-squares problems with quadratic regularization and propose novel sketching-based iterative methods with an adaptive sketch size. The sketch size can be as small as the effective dimension of the data matrix to guarantee linear convergence. However, a major difficulty in choosing the sketch size in terms of the effective dimension lies in the fact that the latter is usually unknown in practice. Current sketching-based solvers for regularized least-squares fall short on addressing this issue. Our main contribution is to propose adaptive versions of standard sketching-based iterative solvers, namely, the iterative Hessian sketch and the preconditioned conjugate gradient method, that do not require a priori estimation of the effective dimension. We propose an adaptive mechanism to control the sketch size according to the progress made in each step of the iterative solver. If enough progress is not made, the sketch size increases to improve the convergence rate. We prove that the adaptive sketch size scales at most in terms of the effective dimension, and that our adaptive methods are guaranteed to converge linearly. Consequently, our adaptive methods improve the state-of-the-art complexity for solving dense, ill-conditioned least-squares problems. Importantly, we illustrate numerically on several synthetic and real datasets that our method is extremely efficient and is often significantly faster than standard least-squares solvers such as a direct factorization based solver, the conjugate gradient method and its preconditioned variants.


翻译:我们认为,在二次正规化方面问题最少,并提出了具有适应性素描尺寸的新颖的草图迭代方法。草图尺寸可能小于数据矩阵的有效维度,以保障线性趋同。然而,从有效维度方面选择草图尺寸的主要困难在于后者在实践中通常不为人所知。目前基于草图的固定最不平方的最小平方的解决方案在解决这一问题上并不尽如意。我们的主要贡献是提出基于标准素描的迭接迭代解答器的适应性版本,即迭代赫萨草图和先决条件的同质梯度方法,这不需要事先对有效维度作出估计。我们提议了一个适应性机制,以根据迭代求解器每个步骤取得的进展来控制草图尺寸。如果进展不够,草图的大小将增加,从而提高趋同率率率。我们证明,适应性素描的草图规模尺度大多是有效维度的,我们适应性方法可以线性地融合。因此,我们的适应方法改进了当前最不甚复杂的复杂程度,解决高、不甚精确、最精确的精确性、最接近于我们最接近性的方法。

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