In low-rank approximation with missing entries, given $A\in \mathbb{R}^{n\times n}$ and binary $W \in \{0,1\}^{n\times n}$, the goal is to find a rank-$k$ matrix $L$ for which: $$cost(L)=\sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{n}W_{i,j}\cdot (A_{i,j} - L_{i,j})^2\le OPT+\epsilon \|A\|_F^2,$$ where $OPT=\min_{rank-k\ \hat{L}}cost(\hat L)$. This problem is also known as matrix completion and, depending on the choice of $W$, captures low-rank plus diagonal decomposition, robust PCA, low-rank recovery from monotone missing data, and a number of other important problems. Many of these problems are NP-hard, and while algorithms with provable guarantees are known in some cases, they either 1) run in time $n^{\Omega(k^2/\epsilon)}$, or 2) make strong assumptions, e.g., that $A$ is incoherent or that $W$ is random. In this work, we consider $bicriteria\ algorithms$, which output $L$ with rank $k' > k$. We prove that a common heuristic, which simply sets $A$ to $0$ where $W$ is $0$, and then computes a standard low-rank approximation, achieves the above approximation bound with rank $k'$ depending on the $communication\ complexity$ of $W$. Namely, interpreting $W$ as the communication matrix of a Boolean function $f(x,y)$ with $x,y\in \{0,1\}^{\log n}$, it suffices to set $k'=O(k\cdot 2^{R^{1-sided}_{\epsilon}(f)})$, where $R^{1-sided}_{\epsilon}(f)$ is the randomized communication complexity of $f$ with $1$-sided error probability $\epsilon$. For many problems, this yields bicriteria algorithms with $k'=k\cdot poly((\log n)/\epsilon)$. We prove a similar bound using the randomized communication complexity with $2$-sided error. Further, we show that different models of communication yield algorithms for natural variants of the problem. E.g., multi-player communication complexity connects to tensor decomposition and non-deterministic communication complexity to Boolean low-rank factorization.


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