By concisely representing a joint function of many variables as the combination of small functions, discrete graphical models (GMs) provide a powerful framework to analyze stochastic and deterministic systems of interacting variables. One of the main queries on such models is to identify the extremum of this joint function. This is known as the Weighted Constraint Satisfaction Problem (WCSP) on deterministic Cost Function Networks and as Maximum a Posteriori (MAP) inference on stochastic Markov Random Fields. Algorithms for approximate WCSP inference typically rely on local consistency algorithms or belief propagation. These methods are intimately related to linear programming (LP) relaxations and often coupled with reparametrizations defined by the dual solution of the associated LP. Since the seminal work of Goemans and Williamson, it is well understood that convex SDP relaxations can provide superior guarantees to LP. But the inherent computational cost of interior point methods has limited their application. The situation has improved with the introduction of non-convex Burer-Monteiro style methods which are well suited to handle the SDP relaxation of combinatorial problems with binary variables (such as MAXCUT, MaxSAT or MAP/Ising). We compute low rank SDP upper and lower bounds for discrete pairwise graphical models with arbitrary number of values and arbitrary binary cost functions by extending a Burer-Monteiro style method based on row-by-row updates. We consider a traditional dualized constraint approach and a dedicated Block Coordinate Descent approach which avoids introducing large penalty coefficients to the formulation. On increasingly hard and dense WCSP/CFN instances, we observe that the BCD approach can outperform the dualized approach and provide tighter bounds than local consistencies/convergent message passing approaches.


翻译:通过简洁地代表许多变量的共同功能,例如小型功能的组合,离散图形模型(GMs)提供了一个强大的框架,用来分析互动变量的随机和确定系统。这些模型的主要询问之一是确定这一联合功能的极限。这被称为确定成本函数网络的加权约束满意度问题(WCSP),并称为对随机的 Markov 随机字段(MAP) 的最大假设推论。对于近似 WCSP 的直径推论,通常依赖于本地一致性算法或信仰传播。这些方法与线性编程(LP)的放松密切相关,往往与相关LP的双重解决方案定义定义的再平衡。由于Goemans 和 Williamson 的精度工作,人们非常理解, convex SDP 本地的放松可以向LP提供更优的保障。但是内部点方法的内在计算成本限制了它们的应用。随着采用非康德的硬性硬性硬性硬性硬性硬性硬性调算法或对信念的传播。

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