×

使用对称张量分解估计高阶矩。 (英语) Zbl 1467.15022号

小结:我们考虑分解高阶矩张量的问题,即数据向量的对称外积之和。这种分解可以用于估计高斯混合模型中的平均值,也可以用于机器学习中的其他应用。变量的一组(p)观测值的(d)阶经验矩张量是对称(d)向张量。我们的目标是找到一个包含所有p对称外积的低阶张量近似。挑战在于形成经验矩张量需要(O(pn^d))运算和(O(n^d)存储,这可能非常昂贵;此外,计算每次迭代的低阶近似成本(O(n^d))的算法。我们的贡献是避免形成矩张量,计算矩张量的低阶张量近似隐式地每次迭代使用\(O(pnr)\)操作,并且没有额外的内存。这一进展为高阶矩的更多应用打开了大门,因为它们现在可以有效地计算。我们给出了计算节省的数值证据,并给出了估计高阶矩平均值的示例。

MSC公司:

15A69号 多线性代数,张量演算
65层55 低阶矩阵逼近的数值方法;矩阵压缩
68T05型 人工智能中的学习和自适应系统
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] K.Aditya、H.Kolla、W.P.Kegelmeyer、T.M.Shead、J.Ling和W.L.Davis,《使用联合统计矩检测科学数据中的异常》,J.Compute。物理。,387(2019),第522-538页,https://doi.org/10.1016/j.jcp.2019.03.003。 ·Zbl 1453.62499号
[2] A.Anandkumar、R.Ge、D.Hsu和S.M.Kakade,学习混合成员社区模型的张量方法,J.Mach。学习。Res.,15(2014),第2239-2312页,http://jmlr.org/papers/volume15/zhang14a/zhang14a.pdf。 ·Zbl 1318.68136号
[3] A.Anandkumar、R.Ge、D.Hsu、S.M.Kakade和M.Telgarsky,学习潜在变量模型的张量分解,J.Mach。学习。Res.,15(2014),第2773-2832页,http://jmlr.org/papers/v15/anandkumar14b.html。 ·Zbl 1319.62109号
[4] J.Anderson、M.Belkin、N.Goyal、L.Rademacher和J.Voss,《越多越好:学习大高斯混合的维数祝福》,《学习理论会议论文集》,2014年,第1135-1164页。
[5] B.W.Bader和T.G.Kolda,使用稀疏张量和因子张量的高效MATLAB计算,SIAM J.Sci。计算。,30(2007),第205-231页,https://doi.org/10.1137/060676489。 ·Zbl 1159.65323号
[6] B.W.Bader、T.G.Kolda等人,MATLAB Tensor工具箱版本,3.1版,https://www.tensortoolbox.org, 2019.
[7] G.Ballard、T.G.Kolda和T.Plantenga,《有效计算GPU上的张量特征值》,载于IPDPSW’11:2011年IEEE并行和分布式处理研讨会暨博士论坛论文集,IEEE计算机学会,2011年,第1340-1348页,https://doi.org/10.109/IPDPS.2011.287。
[8] S.Becker,L-BFGS-B,用MATLAB Wrapper从Fortran转换为C,https://github.com/stephenbeckr/L-BFGS-B-C。
[9] U.Benedikt、A.A.Auer、M.Espig和W.Hackbusch,后Hartree-Fock方法中的张量分解。I.二电子积分和MP2,J.Chem。物理。,134 (2011), 054118, https://doi.org/10.1063/1.3514201。
[10] A.Bernardi、A.Gimigliano和M.Idaí,《计算对称张量的对称秩》,J.Symbol。计算。,46(2011),第34-53页,https://doi.org/10.1016/j.jsc.2010.08.001。 ·Zbl 1211.14057号
[11] J.Cardoso,四阶累积量张量的超对称分解:多个源的盲识别,载于ICASPSP-91:国际声学、语音和信号处理会议,1991年,第3109-3112页,https://doi.org/10.109/ICASSP.1991.150113。
[12] G.C.Casella和R.L.Berger,统计推断,Cengage Learning,Inc。,https://www.ebook.de/de/product/3248529/g_c_casella_roger_l_berger_statistical_expression.html, 2001. ·Zbl 0699.62001号
[13] A.Cichocki、M.Jankovic、R.Zdunk和S.-I.Amari,稀疏超对称张量因式分解,收录于ICONIP 2007:第14届神经信息处理国际会议,计算机课堂讲稿。科学。4984,施普林格,纽约,第781-190页,https://doi.org/10.1007/978-3-540-69158-7_81。
[14] P.Comon,《张量分解:现状和应用》,《信号处理数学》V,J.G.McWhirter和I.K.Proudler主编,牛津大学出版社,英国牛津,2002年,第1-24页·Zbl 1014.65007号
[15] P.Comon、G.Golub、L.-H.Lim和B.Mourrain,《对称张量和对称张量秩》,SIAM J.矩阵分析。申请。,30(2008),第1254-1279页,https://doi.org/10.1137/060661569。 ·Zbl 1181.15014号
[16] L.De Lathauwer、B.De Moor和J.Vandewalle,独立分量分析和(同时)三阶张量对角化,IEEE Trans。信号处理。,49(2001),第2262-2271页,https://doi.org/10.1109/78.950782。
[17] K.Domino,《使用四阶累积张量检测t-Student Copula建模的异常特征》,https://arxiv.org/abs/1804.00541v1, 2018.
[18] K.Domino、P.Gawron和Ł。Pawela,高阶累积量张量的有效计算,SIAM J.Sci。计算。,40(2018年),第A1590-A1610页,https://doi.org/10.1137/17m1149365。 ·Zbl 1398.65371号
[19] R.Ge、Q.Huang和S.M.Kakade,《高维高斯混合学习》,第47届美国计算机学会计算理论研讨会论文集,纽约,2015年,第761-770页,https://doi.org/10.1145/2746539.2746616。 ·Zbl 1321.68403号
[20] X.Geng和L.Wang,NPSA:非正交主偏度分析,IEEE Trans。图像处理。,29(2020),第6396-6408页,https://doi.org/10.1109/TIP.2020.2984849。 ·Zbl 1518.94007号
[21] N.Goyal、S.Vempala和Y.Xiao,傅里叶主成分分析和稳健张量分解,第46届美国计算机学会计算理论研讨会论文集,纽约,2014年,第584-593页,https://doi.org/10.1145/2591796.2591875。 ·Zbl 1315.68209号
[22] N.Halko、P.G.Martinsson和J.A.Tropp,《发现随机结构:构造近似矩阵分解的概率算法》,SIAM Rev.,53(2011),第217-288页,https://doi.org/10.1137/090771806。 ·Zbl 1269.65043号
[23] C.J.Hillar和L.-H.Lim,《大多数张量问题是NP-hard》,J.ACM,60(2013),第1-39页,https://doi.org/10.1145/2512329。 ·Zbl 1281.68126号
[24] D.Hsu和S.M.Kakade,《球面高斯的学习混合:矩方法和谱分解》,摘自ITCS’13:第四届理论计算机科学创新会议论文集,纽约,ACM,2013年,第11-20页,https://doi.org/10.1145/2422436.242439。 ·Zbl 1362.68246号
[25] D.P.Kingma和J.Ba,Adam:一种随机优化方法,https://arxiv.org/abs/1412.6980v9,2015年。
[26] T.G.Kolda,对称张量分解的数值优化,数学。程序。B、 151(2015),第225-248页,https://doi.org/10.1007/s10107-015-0895-0。 ·Zbl 1328.90139号
[27] T.G.Kolda和J.R.Mayo,计算张量本征对的移位幂方法,SIAM J.矩阵分析。申请。,32(2011),第1095-1124页,https://doi.org/10.1137/100801482。 ·Zbl 1247.65048号
[28] T.Kollo,《多元偏度和峰度测量及其在ICA中的应用》,《多元分析杂志》。,99(2008),第2328-2338页,https://doi.org/10.1016/j.jmva.2008.02.033。 ·Zbl 1294.62021号
[29] T.Kollo和M.S.Srivastava,多元拉普拉斯分布中参数的估计和测试,Comm.Statist。理论方法,33(2005),第2363-2387页,https://doi.org/10.1081/STA-200031408。 ·Zbl 1217.62080号
[30] O.Kyrgyzov和D.Erdogmus,n维有序-p对称张量的秩和1分解的几何结构,在ISCAS 2008:IEEE电路与系统国际研讨会论文集,2008,第1340-1343页,https://doi.org/10.109/ISCAS.2008.4541674。
[31] P.McCullagh,《统计学中的张量方法》,多佛,米诺拉,纽约州,2018年·Zbl 1407.62021号
[32] P.McCullagh和J.Kolassa,《累积量》,学术媒体,4(2009),4699,https://doi.org/10.4249/scholarpedia.4699。
[33] 聂杰,生成多项式和对称张量分解,发现。计算。数学。,17(2015),第423-465页,https://doi.org/10.1007/s10208-015-9291-7。 ·Zbl 1381.15017号
[34] A.Perry、J.Weed、A.S.Bandeira、P.Rigollet和A.Singer,《多参考比对的样本复杂性》,SIAM J.Math。数据科学。,1(2019年),第497-517页,https://doi.org/10.1137/18M1214317。 ·Zbl 1499.92047号
[35] H.Sedghi、M.Janzamin和A.Anandkumar,广义线性模型混合学习的可证明张量方法,《第19届人工智能与统计国际会议论文集》,西班牙加的斯,2016年,第1223-1231页,http://proceedings.mlr.press/v51/sedghi16.html。
[36] A.Shashua、R.Zass和T.Hazan,使用超对称非负张量因式分解的多路聚类,收录于ECCV 2006:第九届欧洲计算机视觉会议论文集,第四部分,2006年,第595-608页,https://doi.org/10.1007/11744085_46。
[37] G.Tomasi和R.Bro,拟合PARAFAC模型的算法比较,计算。统计师。数据分析。,50(2006),第1700-1734页,https://doi.org/10.1016/j.csda.2004.11.013。 ·Zbl 1445.62136号
[38] C.Zhu、R.H.Byrd、P.Lu和J.Nocedal,算法778:L-BFGS-B:大规模有界约束优化的Fortran子程序,ACM Trans。数学。《软件》,23(1997),第550-560页,https://doi.org/10.1145/279232.279236。 ·Zbl 0912.65057号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。