Probabilistic recurrence relations (PRRs) are a standard formalism for describing the runtime of a randomized algorithm. Given a PRR and a time limit $\kappa$, we consider the classical concept of tail probability $\Pr[T \ge \kappa]$, i.e., the probability that the randomized runtime $T$ of the PRR exceeds the time limit $\kappa$. Our focus is the formal analysis of tail bounds that aims at finding a tight asymptotic upper bound $u \geq \Pr[T\ge\kappa]$ in the time limit $\kappa$. To address this problem, the classical and most well-known approach is the cookbook method by Karp (JACM 1994), while other approaches are mostly limited to deriving tail bounds of specific PRRs via involved custom analysis. In this work, we propose a novel approach for deriving exponentially-decreasing tail bounds (a common type of tail bounds) for PRRs whose preprocessing time and random passed sizes observe discrete or (piecewise) uniform distribution and whose recursive call is either a single procedure call or a divide-and-conquer. We first establish a theoretical approach via Markov's inequality, and then instantiate the theoretical approach with a template-based algorithmic approach via a refined treatment of exponentiation. Experimental evaluation shows that our algorithmic approach is capable of deriving tail bounds that are (i) asymptotically tighter than Karp's method, (ii) match the best-known manually-derived asymptotic tail bound for QuickSelect, and (iii) is only slightly worse (with a $\log\log n$ factor) than the manually-proven optimal asymptotic tail bound for QuickSort. Moreover, our algorithmic approach handles all examples (including realistic PRRs such as QuickSort, QuickSelect, DiameterComputation, etc.) in less than 0.1 seconds, showing that our approach is efficient in practice.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
LibRec 精选:基于LSTM的序列推荐实现(PyTorch)
LibRec智能推荐
50+阅读 · 2018年8月27日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
64+阅读 · 2021年6月18日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
LibRec 精选:基于LSTM的序列推荐实现(PyTorch)
LibRec智能推荐
50+阅读 · 2018年8月27日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员