Greedy algorithms have long been a workhorse for learning graphical models, and more broadly for learning statistical models with sparse structure. In the context of learning directed acyclic graphs, greedy algorithms are popular despite their worst-case exponential runtime. In practice, however, they are very efficient. We provide new insight into this phenomenon by studying a general greedy score-based algorithm for learning DAGs. Unlike edge-greedy algorithms such as the popular GES and hill-climbing algorithms, our approach is vertex-greedy and requires at most a polynomial number of score evaluations. We then show how recent polynomial-time algorithms for learning DAG models are a special case of this algorithm, thereby illustrating how these order-based algorithms can be rigourously interpreted as score-based algorithms. This observation suggests new score functions and optimality conditions based on the duality between Bregman divergences and exponential families, which we explore in detail. Explicit sample and computational complexity bounds are derived. Finally, we provide extensive experiments suggesting that this algorithm indeed optimizes the score in a variety of settings.


翻译:长期以来,贪婪算法一直是学习图形模型的工马,更广义地说,是学习结构稀少的统计模型。在学习定向环形图的背景下,贪婪算法尽管其最坏的情况指数运行时间,却很受欢迎。然而,在实践中,这些算法非常高效。我们通过研究一般贪婪计分算法来学习DAGs,为这一现象提供了新的洞察力。与流行的GES和山坡攀爬算法等边际算法不同,我们的方法是顶尖的,最多需要多盘数的得分评估。我们随后展示了最近用于学习DAG模型的多盘时算法是如何成为这种算法的一个特例的,从而说明了这些基于秩序的算法如何被严格地解释为基于分算法的。这一观察表明基于布雷格曼差异和指数家庭之间的双重性的新得分函数和最佳性条件,我们对此进行了详细探讨。我们提供了广泛的样本和计算复杂性的范围。我们提供了广泛的实验,表明这种算法确实优化了各种环境中的得分。

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