In the last few years, the notion of symmetry has provided a powerful and essential lens to view several optimization or sampling problems that arise in areas such as theoretical computer science, statistics, machine learning, quantum inference, and privacy. Here, we present two examples of nonconvex problems in optimization and sampling where continuous symmetries play -- implicitly or explicitly -- a key role in the development of efficient algorithms. These examples rely on deep and hidden connections between nonconvex symmetric manifolds and convex polytopes, and are heavily generalizable. To formulate and understand these generalizations, we then present an introduction to Lie theory -- an indispensable mathematical toolkit for capturing and working with continuous symmetries. We first present the basics of Lie groups, Lie algebras, and the adjoint actions associated with them, and we also mention the classification theorem for Lie algebras. Subsequently, we present Kostant's convexity theorem and show how it allows us to reduce linear optimization problems over orbits of Lie groups to linear optimization problems over polytopes. Finally, we present the Harish-Chandra and the Harish-Chandra--Itzykson--Zuber (HCIZ) formulas, which convert partition functions (integrals) over Lie groups into sums over the corresponding (discrete) Weyl groups, enabling efficient sampling algorithms.


翻译:在过去几年里,对称概念提供了一个强大和必要的透镜,以观察在理论计算机科学、统计、机器学习、量子推断和隐私等领域出现的若干优化或抽样问题。在这里,我们举了两个例子,说明在优化和抽样方面,连续的对称 -- -- 隐含或明确 -- -- 在制定高效算法方面起着关键作用的非对称问题。这些例子依赖于非对称对称元体和对流多面体之间的深层和隐藏联系,而且非常笼统。为制定和理解这些概括,我们然后介绍利理论 -- -- 一个不可或缺的数学工具,用来捕捉和与连续的对称合作。我们首先介绍利雅组的基本问题,利雅数和与之相关的联动行动,我们还提到了利雅数的分类。随后,我们介绍了科斯坦特的对等式理论性理论,并展示了它如何减少利雅组轨道上的线性优化问题,以至于加固方形(我们把Har-Char-Z分区的对等)的直线性调整功能。最后,我们将哈什-C-C正公式转换成了Z的对立方阵式。

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