In this work, we study the performance of sub-gradient method (SubGM) on a natural nonconvex and nonsmooth formulation of low-rank matrix recovery with $\ell_1$-loss, where the goal is to recover a low-rank matrix from a limited number of measurements, a subset of which may be grossly corrupted with noise. We study a scenario where the rank of the true solution is unknown and over-estimated instead. The over-estimation of the rank gives rise to an over-parameterized model in which there are more degrees of freedom than needed. Such over-parameterization may lead to overfitting, or adversely affect the performance of the algorithm. We prove that a simple SubGM with small initialization is agnostic to both over-parameterization and noise in the measurements. In particular, we show that small initialization nullifies the effect of over-parameterization on the performance of SubGM, leading to an exponential improvement in its convergence rate. Moreover, we provide the first unifying framework for analyzing the behavior of SubGM under both outlier and Gaussian noise models, showing that SubGM converges to the true solution, even under arbitrarily large and arbitrarily dense noise values, and--perhaps surprisingly--even if the globally optimal solutions do not correspond to the ground truth. At the core of our results is a robust variant of restricted isometry property, called Sign-RIP, which controls the deviation of the sub-differential of the $\ell_1$-loss from that of an ideal, expected loss. As a byproduct of our results, we consider a subclass of robust low-rank matrix recovery with Gaussian measurements, and show that the number of required samples to guarantee the global convergence of SubGM is independent of the over-parameterized rank.


翻译:在这项工作中,我们研究了亚梯度方法(SubGM)的性能,该亚梯度方法(SubGM)的性能是自然的、非凝固的和不毛化的配方,即以1美元损失来进行低位矩阵恢复,其目标在于从数量有限的测量中恢复低位矩阵,其中一部分可能因噪音而严重腐蚀。我们研究了一种假设,即真实解决方案的等级并不为人知,而且被高估了;该等级的过分估计导致一种过于偏差的模型,其自由程度高于需要。这种超标度可能导致超标度,或不利地影响算法的运行情况。我们证明,一个简单、小初始化的SubGMMT(SGM),其初始化程度可能大大过分数,其核心值的精确值比值比值越低,越高越高越高越好。

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