The canonical polyadic (CP) decomposition is one of the most widely used tensor decomposition techniques. The conventional CP decomposition algorithm combines alternating least squares (ALS) with the normal equation. However, the normal equation is susceptible to numerical ill-conditioning, which can adversely affect the decomposition results. To mitigate this issue, ALS combined with QR decomposition has been proposed as a more numerically stable alternative. Although this method enhances stability, its iterative process involves tensor-times-matrix (TTM) operations, which typically result in higher computational costs. To reduce this cost, we propose restructured dimension tree, which increases the reuse of intermediate tensors and reduces the number of TTM operations. Compared with the standard dimension tree structure, this dimension tree structure can reduce the computational complexity of TTM operations for tensors of any order by 33\%. Additionally, we introduce a customized extrapolation strategy in the CP-ALS-QR algorithm, leveraging the unique structure of the matrix $\mathbf{Q}_0$ to further accelerate convergence. By integrating these two techniques, we propose a novel CP decomposition algorithm that significantly improves iteration efficiency, achieving up to twofold acceleration on datasets with certain specific structures. Numerical experiments on five real-world datasets show that, compared with the baseline algorithm, our proposed algorithm improves iteration efficiency while simultaneously enhancing fitting accuracy.


翻译:规范多线性(CP)分解是最广泛应用的张量分解技术之一。传统CP分解算法将交替最小二乘(ALS)与正规方程相结合。然而,正规方程易受数值病态性影响,可能对分解结果产生不利影响。为缓解此问题,已有研究提出将ALS与QR分解结合作为数值稳定性更优的替代方案。尽管该方法增强了稳定性,但其迭代过程涉及张量-矩阵乘积(TTM)运算,通常会导致较高的计算成本。为降低此成本,我们提出重构维度树方法,通过增加中间张量的复用率来减少TTM运算次数。与标准维度树结构相比,该维度树结构可将任意阶张量的TTM计算复杂度降低33%。此外,我们在CP-ALS-QR算法中引入定制化外推策略,利用矩阵$\mathbf{Q}_0$的特殊结构进一步加速收敛。通过整合这两种技术,我们提出了一种新型CP分解算法,显著提升了迭代效率,在具有特定结构的数据集上实现了最高两倍的加速效果。在五个真实数据集上的数值实验表明,相较于基准算法,我们提出的算法在提升拟合精度的同时有效提高了迭代效率。

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这是第25届年度会议,讨论有约束计算的所有方面,包括理论、算法、环境、语言、模型、系统和应用,如决策、资源分配、调度、配置和规划。为了纪念25周年,吉恩·弗洛伊德创作了一本“虚拟卷”来庆祝这个系列会议。信息可以在这里找到。约束编程协会有本系列中以前的会议列表。CP 2019计划将包括展示关于约束技术的高质量科学论文。除了通常的技术轨道外,CP 2019年会议还将有主题轨道。每个赛道都有一个专门的小组委员会,以确保有能力的评审员将审查这些领域的人提交的论文。 官网链接:https://cp2019.a4cp.org/index.html
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