The problem of tensor completion has applications in healthcare, computer vision, and other domains. However, past approaches to tensor completion have faced a tension in that they either have polynomial-time computation but require exponentially more samples than the information-theoretic rate, or they use fewer samples but require solving NP-hard problems for which there are no known practical algorithms. A recent approach, based on integer programming, resolves this tension for nonnegative tensor completion. It achieves the information-theoretic sample complexity rate and deploys the Blended Conditional Gradients algorithm, which requires a linear (in numerical tolerance) number of oracle steps to converge to the global optimum. The tradeoff in this approach is that, in the worst case, the oracle step requires solving an integer linear program. Despite this theoretical limitation, numerical experiments show that this algorithm can, on certain instances, scale up to 100 million entries while running on a personal computer. The goal of this paper is to further enhance this algorithm, with the intention to expand both the breadth and scale of instances that can be solved. We explore several variants that can maintain the same theoretical guarantees as the algorithm, but offer potentially faster computation. We consider different data structures, acceleration of gradient descent steps, and the use of the Blended Pairwise Conditional Gradients algorithm. We describe the original approach and these variants, and conduct numerical experiments in order to explore various tradeoffs in these algorithmic design choices.
翻译:然而,以往的“极端完成”方法面临着一种紧张,因为要么它们有多分子时间计算,但需要比信息理论率多得多的样本,要么它们使用较少的样本,但需要解决没有已知实际算法的NP-硬性问题。最近的一种方法基于整数编程,解决了这种非负偏差的“极端完成”的紧张状态。它达到了信息理论抽样复杂率,并采用了“混合条件梯度”算法,这需要直线(数字容忍度)数的“加速”步骤,以达到全球最佳水平。这个方法的权衡是,在最坏的情况下,这种交换要求需要解决一个整数的线性程序。尽管有这一理论限制,但数字实验表明,这种算法在某些情况下,可以在运行个人计算机的同时,将输入量提高到1亿个条目。这个文件的目标是进一步加强这种算法,同时打算扩大原始的广度和规模,从而达到接近全球最佳的“加速度”计算法。我们探索了几种变式的“变式”方法,这些变式的“加速”的“梯度和“梯度”方法可以使“梯度”的梯度的进式的进进式,我们把这些梯级的进式的进式的进化的进化的进化的进化的进化的进化和进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化结构结构,我们的进化的进化的进化结构结构结构,我们的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进进化的进化的进化的进化的进化的进化的进制结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构结构,我们的进制的进制,我们的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的进化的