We consider the problem of signal estimation in generalized linear models defined via rotationally invariant design matrices. Since these matrices can have an arbitrary spectral distribution, this model is well suited to capture complex correlation structures which often arise in applications. We propose a novel family of approximate message passing (AMP) algorithms for signal estimation, and rigorously characterize their performance in the high-dimensional limit via a state evolution recursion. Assuming knowledge of the design matrix spectrum, our rotationally invariant AMP has complexity of the same order as the existing AMP for Gaussian matrices; it also recovers the existing AMP as a special case. Numerical results showcase a performance close to Vector AMP (which is conjectured to be Bayes-optimal in some settings), but obtained with a much lower complexity, as the proposed algorithm does not require a computationally expensive singular value decomposition.


翻译:我们考虑了在通过旋转不定设计矩阵定义的通用线性模型中的信号估计问题。由于这些矩阵可能具有任意的光谱分布,因此该模型非常适合捕捉在应用中经常出现的复杂相关结构。我们建议采用新型的近似电文传递算法(AMP)来进行信号估计,并通过状态演进循环严格描述其在高维极限中的性能。假设对设计矩阵频谱的了解,我们旋转不定的AMP具有与现有的高斯矩阵AMP相同的复杂顺序;它还作为特例回收了现有的AMP。数字结果显示一种接近Vector AMP(在某些环境中被推断为Bayes-optimal)的性能,但复杂性要低得多,因为拟议的算法不需要计算昂贵的单值分解。

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