In this paper, we introduce a novel theoretical framework for multi-task regression, applying random matrix theory to provide precise performance estimations, under high-dimensional, non-Gaussian data distributions. We formulate a multi-task optimization problem as a regularization technique to enable single-task models to leverage multi-task learning information. We derive a closed-form solution for multi-task optimization in the context of linear models. Our analysis provides valuable insights by linking the multi-task learning performance to various model statistics such as raw data covariances, signal-generating hyperplanes, noise levels, as well as the size and number of datasets. We finally propose a consistent estimation of training and testing errors, thereby offering a robust foundation for hyperparameter optimization in multi-task regression scenarios. Experimental validations on both synthetic and real-world datasets in regression and multivariate time series forecasting demonstrate improvements on univariate models, incorporating our method into the training loss and thus leveraging multivariate information.


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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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