This work establishes a novel link between the problem of PAC-learning high-dimensional graphical models and the task of (efficient) counting and sampling of graph structures, using an online learning framework. We observe that if we apply the exponentially weighted average (EWA) or randomized weighted majority (RWM) forecasters on a sequence of samples from a distribution P using the log loss function, the average regret incurred by the forecaster's predictions can be used to bound the expected KL divergence between P and the predictions. Known regret bounds for EWA and RWM then yield new sample complexity bounds for learning Bayes nets. Moreover, these algorithms can be made computationally efficient for several interesting classes of Bayes nets. Specifically, we give a new sample-optimal and polynomial time learning algorithm with respect to trees of unknown structure and the first polynomial sample and time algorithm for learning with respect to Bayes nets over a given chordal skeleton.


翻译:本研究通过在线学习框架,首次建立了PAC学习高维图模型问题与(高效)图结构计数及采样任务之间的新联系。我们观察到,若在从分布P采样的序列上应用指数加权平均(EWA)或随机加权多数(RWM)预测器,并采用对数损失函数,则预测器产生的平均遗憾可用于约束P与预测之间的期望KL散度。基于EWA和RWM的已知遗憾界,我们推导出学习贝叶斯网络的新样本复杂度界。此外,对于若干重要类别的贝叶斯网络,这些算法可实现计算高效性。具体而言,我们针对未知结构的树提出了一种新的样本最优且多项式时间的学习算法,并首次针对给定弦骨架的贝叶斯网络,给出了多项式样本与时间复杂度的学习算法。

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