This paper is concerned with low-rank matrix optimization, which has found a wide range of applications in machine learning. This problem in the special case of matrix sensing has been studied extensively through the notion of Restricted Isometry Property (RIP), leading to a wealth of results on the geometric landscape of the problem and the convergence rate of common algorithms. However, the existing results can handle the problem in the case with a general objective function subject to noisy data only when the RIP constant is close to 0. In this paper, we develop a new mathematical framework to solve the above-mentioned problem with a far less restrictive RIP constant. We prove that as long as the RIP constant of the noiseless objective is less than $1/3$, any spurious local solution of the noisy optimization problem must be close to the ground truth solution. By working through the strict saddle property, we also show that an approximate solution can be found in polynomial time. We characterize the geometry of the spurious local minima of the problem in a local region around the ground truth in the case when the RIP constant is greater than $1/3$. Compared to the existing results in the literature, this paper offers the strongest RIP bound and provides a complete theoretical analysis on the global and local optimization landscapes of general low-rank optimization problems under random corruptions from any finite-variance family.


翻译:本文关注的是低端矩阵优化,这在机器学习中发现了一系列广泛的应用。在矩阵感测的特殊案例中,这个问题通过限制同位素属性的概念进行了广泛研究,导致问题几何景观和共同算法趋同率方面产生大量结果;然而,现有结果可以处理问题,一般客观功能只有RIP常数接近0时,才具有吵闹的数据。在本文中,我们开发了一个新的数学框架,以远不那么严格的RIP常数解决上述问题。我们证明,只要无噪音目标的RIP常数不到1/3美元,任何热度优化问题的虚假本地解决方案都必须接近地面真相解决方案。我们通过严格的马鞍属性,还表明,在多元时间中可以找到大致的解决办法。我们描述的是,当RIP常数的常数超过1/3美元时,在地面上一个局部地区的问题的可疑的当地迷你度的几何方法。与当前最优化的当地最优化的理论文件相比,根据最严格的RIP水平和最优化的理论分析,提供了最精确的当地最精确的腐败问题。

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