Let $V$ be any vector space of multivariate degree-$d$ homogeneous polynomials with co-dimension at most $k$, and $S$ be the set of points where all polynomials in $V$ {\em nearly} vanish. We establish a qualitatively optimal upper bound on the size of $\epsilon$-covers for $S$, in the $\ell_2$-norm. Roughly speaking, we show that there exists an $\epsilon$-cover for $S$ of cardinality $M = (k/\epsilon)^{O_d(k^{1/d})}$. Our result is constructive yielding an algorithm to compute such an $\epsilon$-cover that runs in time $\mathrm{poly}(M)$. Building on our structural result, we obtain significantly improved learning algorithms for several fundamental high-dimensional probabilistic models with hidden variables. These include density and parameter estimation for $k$-mixtures of spherical Gaussians (with known common covariance), PAC learning one-hidden-layer ReLU networks with $k$ hidden units (under the Gaussian distribution), density and parameter estimation for $k$-mixtures of linear regressions (with Gaussian covariates), and parameter estimation for $k$-mixtures of hyperplanes. Our algorithms run in time {\em quasi-polynomial} in the parameter $k$. Previous algorithms for these problems had running times exponential in $k^{\Omega(1)}$. At a high-level our algorithms for all these learning problems work as follows: By computing the low-degree moments of the hidden parameters, we are able to find a vector space of polynomials that nearly vanish on the unknown parameters. Our structural result allows us to compute a quasi-polynomial sized cover for the set of hidden parameters, which we exploit in our learning algorithms.
翻译:$V$ 是一个多变度- 美元平质多元分子的矢量空间, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位。 美元为单位, 以美元為单位, 以美元為单位, 以美元為单位, 以美元為单位。 粗略地说, 我们显示, 基数$S$ (k/ epsilon) 的覆盖值是$ (k/ epsilon) O_ d(k_ i=) 美元, 以美元為单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位,以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位, 以美元为单位,以美元为单位, 以美元为单位,以美元为单位,以美元,以美元为单位,以美元为单位,以美元为单位,以美元为单位,以美元为单位,以美元为单位,以美元为单位,以美元为单位,以美元为单位,以美元计算计算计算计算,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以美元计算,以美元,以美元,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,以数,