We study iterative methods based on Krylov subspaces for low-rank approximation under any Schatten-$p$ norm. Here, given access to a matrix $A$ through matrix-vector products, an accuracy parameter $\epsilon$, and a target rank $k$, the goal is to find a rank-$k$ matrix $Z$ with orthonormal columns such that $\| A(I -ZZ^\top)\|_{S_p} \leq (1+\epsilon)\min_{U^\top U = I_k} \|A(I - U U^\top)\|_{S_p}$, where $\|M\|_{S_p}$ denotes the $\ell_p$ norm of the the singular values of $M$. For the special cases of $p=2$ (Frobenius norm) and $p = \infty$ (Spectral norm), Musco and Musco (NeurIPS 2015) obtained an algorithm based on Krylov methods that uses $\tilde{O}(k/\sqrt{\epsilon})$ matrix-vector products, improving on the na\"ive $\tilde{O}(k/\epsilon)$ dependence obtainable by the power method, where $\tilde{O}$ suppresses poly$(\log(dk/\epsilon))$ factors. Our main result is an algorithm that uses only $\tilde{O}(kp^{1/6}/\epsilon^{1/3})$ matrix-vector products, and works for all $p \geq 1$. For $p = 2$ our bound improves the previous $\tilde{O}(k/\epsilon^{1/2})$ bound to $\tilde{O}(k/\epsilon^{1/3})$. Since the Schatten-$p$ and Schatten-$\infty$ norms are the same up to a $1+ \epsilon$ factor when $p \geq (\log d)/\epsilon$, our bound recovers the result of Musco and Musco for $p = \infty$. Further, we prove a matrix-vector query lower bound of $\Omega(1/\epsilon^{1/3})$ for any fixed constant $p \geq 1$, showing that surprisingly $\tilde{\Theta}(1/\epsilon^{1/3})$ is the optimal complexity for constant~$k$. To obtain our results, we introduce several new techniques, including optimizing over multiple Krylov subspaces simultaneously, and pinching inequalities for partitioned operators. Our lower bound for $p \in [1,2]$ uses the Araki-Lieb-Thirring trace inequality, whereas for $p>2$, we appeal to a norm-compression inequality for aligned partitioned operators.


翻译:我们研究基于 Krylov 亚空基的迭代方法, 在任何标准下, 以 Krylov 亚空基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基基底基基底基基基基基底基基基底基基基基基基基基基底基底基底基底基底基底基底基基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基基底基基基基基基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基底基基基基基基基底基基基基基基底基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基底基底基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基底基基基基基基

0
下载
关闭预览

相关内容

剑桥大学《数据科学: 原理与实践》课程,附PPT下载
专知会员服务
49+阅读 · 2021年1月20日
专知会员服务
84+阅读 · 2020年12月5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
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【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
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014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 · 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
1+阅读 · 2011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
0+阅读 · 2022年4月14日
VIP会员
相关资讯
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
ICLR2019最佳论文出炉
专知
12+阅读 · 2019年5月6日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4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
【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
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014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 · 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
1+阅读 · 2011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