Originally developed for imputing missing entries in low rank, or approximately low rank matrices, matrix completion has proven widely effective in many problems where there is no reason to assume low-dimensional linear structure in the underlying matrix, as would be imposed by rank constraints. In this manuscript, we build some theoretical intuition for this behavior. We consider matrices which are not necessarily low-rank, but lie in a low-dimensional non-linear manifold. We show that nuclear-norm penalization is still effective for recovering these matrices when observations are missing completely at random. In particular, we give upper bounds on the rate of convergence as a function of the number of rows, columns, and observed entries in the matrix, as well as the smoothness and dimension of the non-linear embedding. We additionally give a minimax lower bound: This lower bound agrees with our upper bound (up to a logarithmic factor), which shows that nuclear-norm penalization is (up to log terms) minimax rate optimal for these problems.


翻译:最初为估算低级或近低级矩阵中缺失的条目而开发的矩阵完成率在许多问题上被证明非常有效,因为没有理由像排名限制那样,在基础矩阵中假设低维线性结构。在本手稿中,我们为这种行为建立一些理论直觉。我们认为矩阵不一定低级,而是处在低维非线性多维中。我们表明,当观测完全随机缺失时,核规范处罚对于恢复这些矩阵仍然有效。特别是,我们给出了汇合率的上限,作为矩阵中行数、列数和观测到的条目数的函数,以及非线性嵌入的平滑度和尺寸。我们给小负层下加了一个下限:这一下限与我们的上界(直至对数因素)一致,这表明,核规范处罚对于这些问题来说是最佳的(直至对数术语)。

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