Sparse linear regression is a fundamental problem in high-dimensional statistics, but strikingly little is known about how to efficiently solve it without restrictive conditions on the design matrix. We consider the (correlated) random design setting, where the covariates are independently drawn from a multivariate Gaussian $N(0,\Sigma)$ with $\Sigma : n \times n$, and seek estimators $\hat{w}$ minimizing $(\hat{w}-w^*)^T\Sigma(\hat{w}-w^*)$, where $w^*$ is the $k$-sparse ground truth. Information theoretically, one can achieve strong error bounds with $O(k \log n)$ samples for arbitrary $\Sigma$ and $w^*$; however, no efficient algorithms are known to match these guarantees even with $o(n)$ samples, without further assumptions on $\Sigma$ or $w^*$. As far as hardness, computational lower bounds are only known with worst-case design matrices. Random-design instances are known which are hard for the Lasso, but these instances can generally be solved by Lasso after a simple change-of-basis (i.e. preconditioning). In this work, we give upper and lower bounds clarifying the power of preconditioning in sparse linear regression. First, we show that the preconditioned Lasso can solve a large class of sparse linear regression problems nearly optimally: it succeeds whenever the dependency structure of the covariates, in the sense of the Markov property, has low treewidth -- even if $\Sigma$ is highly ill-conditioned. Second, we construct (for the first time) random-design instances which are provably hard for an optimally preconditioned Lasso. In fact, we complete our treewidth classification by proving that for any treewidth-$t$ graph, there exists a Gaussian Markov Random Field on this graph such that the preconditioned Lasso, with any choice of preconditioner, requires $\Omega(t^{1/20})$ samples to recover $O(\log n)$-sparse signals when covariates are drawn from this model.


翻译:线性回归是高维统计中的一个根本问题, 但对于如何在设计基质上不设限制条件的情况下有效解决这个问题却知之甚少。 我们考虑( 与气候相关的)随机设计设置, 在多变量 Gausian $N (0,\Sigma) 中独立抽取共差价, 美元为$\Sgma : n\time n$, 并寻找估算器$( hat{ ), 美元最小值为$( h{w}), T\Sigma( hat{w}- w ⁇ ) $, 美元为不设限 。 直径( 美元) 直径( squal), 美元为美元 最低值 。 从理论上讲, 以美元( kk) 直径( 数) 标值为美元, 直径( k\ log) 和 $ ( 美元) 美元为基质( 直径直线性), 直径( 直线性) 直径( 直径) 直地) 根根根根根根( 根) 根( 直) 根根根根根根根根, 直) 根根根根根根, 直) 直) 根根根根根根根根根根, 直线( 直) 根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根, 根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根根),,,,,,, 根根根根, 根根根根根根,,, 根, 根, 根根, 根, 根, 根, 根, 根, 根, 根, 根, 根, 根, 根根根根根根根根根根根根, 根根根根根, 直, 直,

0
下载
关闭预览

相关内容

线性回归是利用数理统计中回归分析,来确定两种或两种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法,运用十分广泛。其表达形式为y = w'x+e,e为误差服从均值为0的正态分布。

知识荟萃

精品入门和进阶教程、论文和代码整理等

更多

查看相关VIP内容、论文、资讯等
专知会员服务
49+阅读 · 2021年6月30日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
一份简单《图神经网络》教程,28页ppt
专知会员服务
120+阅读 · 2020年8月2日
知识图谱推理,50页ppt,Salesforce首席科学家Richard Socher
专知会员服务
105+阅读 · 2020年6月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Fast R-CNN
数据挖掘入门与实战
3+阅读 · 2018年4月20日
【推荐】TensorFlow手把手CNN实践指南
机器学习研究会
5+阅读 · 2017年8月17日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Arxiv
0+阅读 · 2021年8月19日
Arxiv
0+阅读 · 2021年8月12日
Arxiv
5+阅读 · 2017年12月14日
VIP会员
相关VIP内容
相关资讯
图机器学习 2.2-2.4 Properties of Networks, Random Graph
图与推荐
10+阅读 · 2020年3月28日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Call for Participation: Shared Tasks in NLPCC 2019
中国计算机学会
5+阅读 · 2019年3月22日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Fast R-CNN
数据挖掘入门与实战
3+阅读 · 2018年4月20日
【推荐】TensorFlow手把手CNN实践指南
机器学习研究会
5+阅读 · 2017年8月17日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员