In streaming PCA, we see a stream of vectors $x_1, \dotsc, x_n \in \mathbb{R}^d$ and want to estimate the top eigenvector of their covariance matrix. This is easier if the spectral ratio $R = \lambda_1 / \lambda_2$ is large. We ask: how large does $R$ need to be to solve streaming PCA in $\widetilde{O}(d)$ space? Existing algorithms require $R = \widetilde{\Omega}(d)$. We show: (1) For all mergeable summaries, $R = \widetilde{\Omega}(\sqrt{d})$ is necessary. (2) In the insertion-only model, a variant of Oja's algorithm gets $o(1)$ error for $R = O(\log n \log d)$. (3) No algorithm with $o(d^2)$ space gets $o(1)$ error for $R = O(1)$. Our analysis is the first application of Oja's algorithm to adversarial streams. It is also the first algorithm for adversarial streaming PCA that is designed for a spectral, rather than Frobenius, bound on the tail; and the bound it needs is exponentially better than is possible by adapting a Frobenius guarantee.


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在统计中,主成分分析(PCA)是一种通过最大化每个维度的方差来将较高维度空间中的数据投影到较低维度空间中的方法。给定二维,三维或更高维空间中的点集合,可以将“最佳拟合”线定义为最小化从点到线的平均平方距离的线。可以从垂直于第一条直线的方向类似地选择下一条最佳拟合线。重复此过程会产生一个正交的基础,其中数据的不同单个维度是不相关的。 这些基向量称为主成分。
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