We consider the problem of estimating a rank-1 signal corrupted by structured rotationally invariant noise, and address the following question: how well do inference algorithms perform when the noise statistics is unknown and hence Gaussian noise is assumed? While the matched Bayes-optimal setting with unstructured noise is well understood, the analysis of this mismatched problem is only at its premises. In this paper, we make a step towards understanding the effect of the strong source of mismatch which is the noise statistics. Our main technical contribution is the rigorous analysis of a Bayes estimator and of an approximate message passing (AMP) algorithm, both of which incorrectly assume a Gaussian setup. The first result exploits the theory of spherical integrals and of low-rank matrix perturbations; the idea behind the second one is to design and analyze an artificial AMP which, by taking advantage of the flexibility in the denoisers, is able to "correct" the mismatch. Armed with these sharp asymptotic characterizations, we unveil a rich and often unexpected phenomenology. For example, despite AMP is in principle designed to efficiently compute the Bayes estimator, the former is outperformed by the latter in terms of mean-square error. We show that this performance gap is due to an incorrect estimation of the signal norm. In fact, when the SNR is large enough, the overlaps of the AMP and the Bayes estimator coincide, and they even match those of optimal estimators taking into account the structure of the noise.


翻译:我们认为,估算一个等级-1信号的问题被结构化的轮流不定的噪音所腐蚀,并解决了以下问题:当噪音统计未知,因此假定高斯噪音时,推算算算法效果如何?虽然人们非常理解与无结构噪音相匹配的贝亚斯-最佳环境的理论,但分析这一不匹配的问题只是其前提。在本文件中,我们迈出了一步,以了解强大的不匹配源(即噪音统计)的影响。我们的主要技术贡献是对贝亚斯估测器和近似传递信息(AMP)算法的严格分析,两者都错误地假定了高萨设置。第一个结果利用了球形组合和低级矩阵扰动的理论;第二个结果的理念是设计和分析人工调节器,它利用了隐雾器的灵活性,能够“纠正”不匹配的不匹配器。我们用一个丰富且经常出乎意料的信号传递(AMP)算出一个高精度的精度的计算器。例如,AMP的精确度结构是精确的精确度,而精确的精确的精确性,而精确的精确的精确的精确的精确的精确性能显示后值。

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