Multi-dimensional Scaling (MDS) is a family of methods for embedding pair-wise dissimilarities between $n$ objects into low-dimensional space. MDS is widely used as a data visualization tool in the social and biological sciences, statistics, and machine learning. We study the Kamada-Kawai formulation of MDS: given a set of non-negative dissimilarities $\{d_{i,j}\}_{i , j \in [n]}$ over $n$ points, the goal is to find an embedding $\{x_1,\dots,x_n\} \subset \mathbb{R}^k$ that minimizes \[ \text{OPT} = \min_{x} \mathbb{E}_{i,j \in [n]} \left[ \left(1-\frac{\|x_i - x_j\|}{d_{i,j}}\right)^2 \right] \] Despite its popularity, our theoretical understanding of MDS is extremely limited. Recently, Demaine, Hesterberg, Koehler, Lynch, and Urschel (arXiv:2109.11505) gave the first approximation algorithm with provable guarantees for Kamada-Kawai, which achieves an embedding with cost $\text{OPT} +\epsilon$ in $n^2 \cdot 2^{\tilde{\mathcal{O}}(k \Delta^4 / \epsilon^2)}$ time, where $\Delta$ is the aspect ratio of the input dissimilarities. In this work, we give the first approximation algorithm for MDS with quasi-polynomial dependency on $\Delta$: for target dimension $k$, we achieve a solution with cost $\mathcal{O}(\text{OPT}^{ \hspace{0.04in}1/k } \cdot \log(\Delta/\epsilon) )+ \epsilon$ in time $n^{ \mathcal{O}(1)} \cdot 2^{\tilde{\mathcal{O}}( k^2 (\log(\Delta)/\epsilon)^{k/2 + 1} ) }$. Our approach is based on a novel analysis of a conditioning-based rounding scheme for the Sherali-Adams LP Hierarchy. Crucially, our analysis exploits the geometry of low-dimensional Euclidean space, allowing us to avoid an exponential dependence on the aspect ratio $\Delta$. We believe our geometry-aware treatment of the Sherali-Adams Hierarchy is an important step towards developing general-purpose techniques for efficient metric optimization algorithms.


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