We study the lower tail behavior of the least singular value of an $n\times n$ random matrix $M_n := M+N_n$, where $M$ is a fixed complex matrix with operator norm at most $\exp(n^{c})$ and $N_n$ is a random matrix, each of whose entries is an independent copy of a complex random variable with mean $0$ and variance $1$. Motivated by applications, our focus is on obtaining bounds which hold with extremely high probability, rather than on the least singular value of a typical such matrix. This setting has previously been considered in a series of influential works by Tao and Vu, most notably in connection with the strong circular law, and the smoothed analysis of the condition number, and our results improve upon theirs in two ways: (i) We are able to handle $\|M\| = O(\exp(n^{c}))$, whereas the results of Tao and Vu are applicable only for $M = O(\text{poly(n)})$. (ii) Even for $M = O(\text{poly(n)})$, we are able to extract more refined information -- for instance, our results show that for such $M$, the probability that $M_n$ is singular is $O(\exp(-n^{c}))$, whereas even in the case when $\xi$ is a Bernoulli random variable, the results of Tao and Vu only give a bound of the form $O_{C}(n^{-C})$ for any constant $C>0$. As opposed to all previous works obtaining such bounds with error rate better than $n^{-1}$, our proof makes no use either of the inverse Littlewood--Offord theorems, or of any sophisticated net constructions. Instead, we show how to reduce the problem from the (complex) sphere to (Gaussian) integer vectors, where it is solved directly by utilizing and extending a combinatorial approach to the singularity problem for random discrete matrices, recently developed by Ferber, Luh, Samotij, and the author.


翻译:我们研究的是最低单值的低尾细行为。我们受应用程序的驱动,我们的重点是获得一个极低的直径值(美元) 随机基质(美元) : = M+N_n 美元 : = M+N_n美元 : 美元是一个固定的复杂基质,操作者规范为$x(n ⁇ c) 美元, 美元美元是一个随机基质, 每个条目都是一个复杂随机变量的独立副本, 平均值为0美元, 差异值为1美元。 我们的焦点是获取一个极低的基质值, 而不是典型的基质 : =M+N_n 美元 : 这个设置以前在Tao 和 Vu 一系列有影响力的工程中被考虑过, 最显著的基值分析结果是: (i) 美元= 美元 = 美元 = 美元 美元 = 美元 美元, 而 美元的基质值显示的是 = O= m 美元 。

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