The randomized singular value decomposition (R-SVD) is a popular sketching-based algorithm for efficiently computing the partial SVD of a large matrix. When the matrix is low-rank, the R-SVD produces its partial SVD exactly; but when the rank is large, it only yields an approximation. Motivated by applications in data science and principal component analysis (PCA), we analyze the R-SVD under a low-rank signal plus noise measurement model; specifically, when its input is a spiked random matrix. The singular values produced by the R-SVD are shown to exhibit a BBP-like phase transition: when the SNR exceeds a certain detectability threshold, that depends on the dimension reduction factor, the largest singular value is an outlier; below the threshold, no outlier emerges from the bulk of singular values. We further compute asymptotic formulas for the overlap between the ground truth signal singular vectors and the approximations produced by the R-SVD. Dimensionality reduction has the adverse affect of amplifying the noise in a highly nonlinear manner. Our results demonstrate the statistical advantage -- in both signal detection and estimation -- of the R-SVD over more naive sketched PCA variants; the advantage is especially dramatic when the sketching dimension is small. Our analysis is asymptotically exact, and substantially more fine-grained than existing operator-norm error bounds for the R-SVD, which largely fail to give meaningful error estimates in the moderate SNR regime. It applies for a broad family of sketching matrices previously considered in the literature, including Gaussian i.i.d. sketches, random projections, and the sub-sampled Hadamard transform, among others. Lastly, we derive an optimal singular value shrinker for singular values and vectors obtained through the R-SVD, which may be useful for applications in matrix denoising.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
43+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员