Learning high-dimensional distributions is a significant challenge in machine learning and statistics. Classical research has mostly concentrated on asymptotic analysis of such data under suitable assumptions. While existing works [Bhattacharyya et al.: SICOMP 2023, Daskalakis et al.: STOC 2021, Choo et al.: ALT 2024] focus on discrete distributions, the current work addresses the tree structure learning problem for Gaussian distributions, providing efficient algorithms with solid theoretical guarantees. This is crucial as real-world distributions are often continuous and differ from the discrete scenarios studied in prior works. In this work, we design a conditional mutual information tester for Gaussian random variables that can test whether two Gaussian random variables are independent, or their conditional mutual information is at least $\varepsilon$, for some parameter $\varepsilon \in (0,1)$ using $\mathcal{O}(\varepsilon^{-1})$ samples which we show to be near-optimal. In contrast, an additive estimation would require $\Omega(\varepsilon^{-2})$ samples. Our upper bound technique uses linear regression on a pair of suitably transformed random variables. Importantly, we show that the chain rule of conditional mutual information continues to hold for the estimated (conditional) mutual information. As an application of such a mutual information tester, we give an efficient $\varepsilon$-approximate structure-learning algorithm for an $n$-variate Gaussian tree model that takes $\widetilde{\Theta}(n\varepsilon^{-1})$ samples which we again show to be near-optimal. In contrast, when the underlying Gaussian model is not known to be tree-structured, we show that $\widetilde{{{\Theta}}}(n^2\varepsilon^{-2})$ samples are necessary and sufficient to output an $\varepsilon$-approximate tree structure. We perform extensive experiments that corroborate our theoretical convergence bounds.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

互信息(Mutual Information)是信息论里一种有用的信息度量,它可以看成是一个随机变量中包含的关于另一个随机变量的信息量,或者说是一个随机变量由于已知另一个随机变量而减少的不肯定性.
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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9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
0+阅读 · 2014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
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2023年1月19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
0+阅读 · 2014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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员