We propose a theoretical framework to analyze semi-supervised classification under the low density separation assumption in a high-dimensional regime. In particular, we introduce QLDS, a linear classification model, where the low density separation assumption is implemented via quadratic margin maximization. The algorithm has an explicit solution with rich theoretical properties, and we show that particular cases of our algorithm are the least-square support vector machine in the supervised case, the spectral clustering in the fully unsupervised regime, and a class of semi-supervised graph-based approaches. As such, QLDS establishes a smooth bridge between these supervised and unsupervised learning methods. Using recent advances in the random matrix theory, we formally derive a theoretical evaluation of the classification error in the asymptotic regime. As an application, we derive a hyperparameter selection policy that finds the best balance between the supervised and the unsupervised terms of our learning criterion. Finally, we provide extensive illustrations of our framework, as well as an experimental study on several benchmarks to demonstrate that QLDS, while being computationally more efficient, improves over cross-validation for hyperparameter selection, indicating a high promise of the usage of random matrix theory for semi-supervised model selection.


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随着科学技术的迅速发展,古典的线性代数知识已不能满足现代科技的需要,矩阵的理论和方法业已成为现代科技领域必不可少的工具。诸如数值分析、优化理论、微分方程、概率统计、控制论、力学、电子学、网络等学科领域都与矩阵理论有着密切的联系,甚至在经济管理、金融、保险、社会科学等领域,矩阵理论和方法也有着十分重要的应用。当今电子计算机及计算技术的迅速发展为矩阵理论的应用开辟了更广阔的前景。因此,学习和掌握矩阵的基本理论和方法,对于工科研究生来说是必不可少的。全国的工科院校已普遍把“矩阵论”作为研究生的必修课。
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