In this paper, we study tail inequalities of the largest eigenvalue of a matrix infinitely divisible (i.d.) series, which is a finite sum of fixed matrices weighted by i.d. random variables. We obtain several types of tail inequalities, including Bennett-type and Bernstein-type inequalities. This allows us to further bound the expectation of the spectral norm of a matrix i.d. series. Moreover, by developing a new lower-bound function for $Q(s)=(s+1)\log(s+1)-s$ that appears in the Bennett-type inequality, we derive a tighter tail inequality of the largest eigenvalue of the matrix i.d. series than the Bernstein-type inequality when the matrix dimension is high. The resulting lower-bound function is of independent interest and can improve any Bennett-type concentration inequality that involves the function $Q(s)$. The class of i.d. probability distributions is large and includes Gaussian and Poisson distributions, among many others. Therefore, our results encompass the existing work \cite{tropp2012user} on matrix Gaussian series as a special case. Lastly, we show that the tail inequalities of a matrix i.d. series have applications in several optimization problems including the chance constrained optimization problem and the quadratic optimization problem with orthogonality constraints. In addition, we also use the resulting tail bounds to show that random matrices constructed from i.d. random variables satisfy the restricted isometry property (RIP) when it acts as a measurement matrix in compressed sensing.


翻译:在本文中,我们研究一个无限变异的矩阵(一.d.)序列的最大外币值的尾部不平等,这是一个由 i.d. 随机变量加权的固定基数的有限总和。我们获得了几种尾部不平等,包括Bennett 类型和Bernstein 类型不平等。这使我们能够进一步约束一个 i.d. 系列 序列的光谱规范的期望。此外,通过开发一个新的低限函数,用于 $(s)=(s+1)\log(s+1)-s美元,出现在 Bennett 类型的不平等中,这是由 i.d. 序列中最大的直径变量的尾部不平等值。因此,我们从当前的工作端偏差的尾部不平等值中得出了一个更紧密的尾部不平等值。 由此产生的下限功能具有独立的兴趣,可以改善任何包含 $(s) 。 i.d. 概率分布等级很大, 包括高斯和普森的矩阵分布, 以及许多其他。 因此,我们的结果包括了当前在 i-cretatietreal lial listal distrupal distressal distral distral distration distration distrutal ex ex ex ex ex ex

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