We consider the problems of \emph{learning} and \emph{testing} real-valued convex functions over Gaussian space. Despite the extensive study of function convexity across mathematics, statistics, and computer science, its learnability and testability have largely been examined only in discrete or restricted settings -- typically with respect to the Hamming distance, which is ill-suited for real-valued functions. In contrast, we study these problems in high dimensions under the standard Gaussian measure, assuming sample access to the function and a mild smoothness condition, namely Lipschitzness. A smoothness assumption is natural and, in fact, necessary even in one dimension: without it, convexity cannot be inferred from finitely many samples. As our main results, we give: - Learning Convex Functions: An agnostic proper learning algorithm for Lipschitz convex functions that achieves error $\varepsilon$ using $n^{O(1/\varepsilon^2)}$ samples, together with a complementary lower bound of $n^{\mathrm{poly}(1/\varepsilon)}$ samples in the \emph{correlational statistical query (CSQ)} model. - Testing Convex Functions: A tolerant (two-sided) tester for convexity of Lipschitz functions with the same sample complexity (as a corollary of our learning result), and a one-sided tester (which never rejects convex functions) using $O(\sqrt{n}/\varepsilon)^n$ samples.


翻译:我们研究高斯空间上实值凸函数的**学习**与**测试**问题。尽管函数凸性在数学、统计学和计算机科学领域已得到广泛研究,但其可学习性与可测试性主要在离散或受限场景下被探讨——通常基于汉明距离,而该度量不适用于实值函数。相比之下,我们在高维标准高斯测度下研究这些问题,假设可通过样本访问函数且函数满足温和的光滑性条件(即Lipschitz连续性)。光滑性假设是自然的,且在一维情形下甚至是必要的:若无此条件,无法从有限样本推断凸性。作为主要结果,我们给出:- **凸函数学习**:针对Lipschitz凸函数的不可知论适切学习算法,使用$n^{O(1/\varepsilon^2)}$个样本达到误差$\varepsilon$,同时在**相关统计查询(CSQ)模型**中给出$n^{\\mathrm{poly}(1/\\varepsilon)}$个样本的互补下界。- **凸函数测试**:针对Lipschitz函数凸性的容忍(双侧)测试器,其样本复杂度与学习结果相同(作为推论);以及使用$O(\\sqrt{n}/\\varepsilon)^n$个样本的单侧测试器(永不拒绝凸函数)。

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