How do statistical dependencies in measurement noise influence high-dimensional inference? To answer this, we study the paradigmatic spiked matrix model of principal components analysis (PCA), where a rank-one matrix is corrupted by additive noise. We go beyond the usual independence assumption on the noise entries, by drawing the noise from a low-order polynomial orthogonal matrix ensemble. The resulting noise correlations make the setting relevant for applications but analytically challenging. We provide the first characterization of the Bayes-optimal limits of inference in this model. If the spike is rotation-invariant, we show that standard spectral PCA is optimal. However, for more general priors, both PCA and the existing approximate message passing algorithm (AMP) fall short of achieving the information-theoretic limits, which we compute using the replica method from statistical mechanics. We thus propose a novel AMP, inspired by the theory of Adaptive Thouless-Anderson-Palmer equations, which saturates the theoretical limit. This AMP comes with a rigorous state evolution analysis tracking its performance. Although we focus on specific noise distributions, our methodology can be generalized to a wide class of trace matrix ensembles at the cost of more involved expressions. Finally, despite the seemingly strong assumption of rotation-invariant noise, our theory empirically predicts algorithmic performance on real data, pointing at remarkable universality properties.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

在统计中,主成分分析(PCA)是一种通过最大化每个维度的方差来将较高维度空间中的数据投影到较低维度空间中的方法。给定二维,三维或更高维空间中的点集合,可以将“最佳拟合”线定义为最小化从点到线的平均平方距离的线。可以从垂直于第一条直线的方向类似地选择下一条最佳拟合线。重复此过程会产生一个正交的基础,其中数据的不同单个维度是不相关的。 这些基向量称为主成分。
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013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 · 2012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 · 2011年12月31日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013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 · 2012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 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员