In the study of large random systems, researchers often need to simulate dynamics in the form of iterated matrix-vector multiplications interspersed with nonlinear operations. Examples include message passing algorithms, gradient descent, and matrix iterative methods for extremal eigenvalue calculations. This paper proposes a new algorithm, named Householder Dice (HD), for simulating such dynamics on several random matrix ensembles with translation-invariant properties. Examples include the Gaussian ensemble, the Haar-distributed random orthogonal ensemble, and their complex-valued counterparts. A "direct" approach to the simulation, where one first generates a dense $n \times n$ matrix from the ensemble, requires at least $\mathcal{O}(n^2)$ resource in space and time. The HD algorithm overcomes this $\mathcal{O}(n^2)$ bottleneck by using the principle of deferred decisions: rather than fixing the entire random matrix in advance, it lets the randomness unfold with the dynamics. Key to this matrix-free construction is an adaptive and recursive construction of (random) Householder reflectors. These orthogonal transformations exploit the group symmetry of the matrix ensembles, while simultaneously maintaining the statistical correlations induced by the dynamics. The memory and computation costs of the HD algorithm are $\mathcal{O}(nT)$ and $\mathcal{O}(nT^2)$, respectively, with $T$ being the number of iterations. When $T \ll n$, which is nearly always the case in practice, the HD algorithm leads to significant reductions in runtime and memory footprint. Numerical results demonstrate the promise of the new algorithm as a new computational tool in the study of high-dimensional random systems.


翻译:在大型随机系统的研究中,研究人员往往需要以非线性操作的迭代矩阵-矢量乘法的形式模拟动态。示例包括信息传递算法、梯度下移和矩阵迭代方法来计算 extremal eigenval 。 本文提出一个新的算法, 名为Descripter Dice (HD), 用于在多个随机矩阵中模拟这种动态, 包含翻译不易变的属性。 例如, 高西亚共和( Haar) 分配的随机或全方位共和( Haar), 以及他们的复合估值对应方。 模拟的“ 直接” 方法, 第一次从 entemble 生成密度 $\ time n$ 的 矩阵 。 本文提议一个新的算法, 以延迟决定原则的方式克服了这种 $\ mathal- mal commexcial commal commexplainal ral ral_ ral max max 。 max max max max max max max max max max max max max max max max max max max max max max max max max max max max maxx maxx max maxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
77+阅读 · 2020年7月26日
知识图谱在可解释人工智能中的作用,附81页ppt
专知会员服务
138+阅读 · 2019年11月11日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11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
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
Simple Recurrent Unit For Sentence Classification
哈工大SCIR
6+阅读 · 2017年11月29日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】Python机器学习生态圈(Scikit-Learn相关项目)
机器学习研究会
6+阅读 · 2017年8月23日
Arxiv
0+阅读 · 2021年3月15日
Arxiv
0+阅读 · 2021年3月13日
Deep Randomized Ensembles for Metric Learning
Arxiv
5+阅读 · 2018年9月4日
VIP会员
相关资讯
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
Simple Recurrent Unit For Sentence Classification
哈工大SCIR
6+阅读 · 2017年11月29日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
【推荐】Python机器学习生态圈(Scikit-Learn相关项目)
机器学习研究会
6+阅读 · 2017年8月23日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员