A classical result of Johnson and Lindenstrauss states that a set of $n$ high dimensional data points can be projected down to $O(\log n/\epsilon^2)$ dimensions such that the square of their pairwise distances is preserved up to a small distortion $\epsilon\in(0,1)$. It has been proved that the JL lemma is optimal for the general case, therefore, improvements can only be explored for special cases. This work aims to improve the $\epsilon^{-2}$ dependency based on techniques inspired by the Hutch++ Algorithm , which reduces $\epsilon^{-2}$ to $\epsilon^{-1}$ for the related problem of implicit matrix trace estimation. For $\epsilon=0.01$, for example, this translates to $100$ times less matrix-vector products in the matrix-vector query model to achieve the same accuracy as other previous estimators. We first present an algorithm to estimate the Euclidean lengths of the rows of a matrix. We prove element-wise probabilistic bounds that are at least as good as standard JL approximations in the worst-case, but are asymptotically better for matrices with decaying spectrum. Moreover, for any matrix, regardless of its spectrum, the algorithm achieves $\epsilon$-accuracy for the total, Frobenius norm-wise relative error using only $O(\epsilon^{-1})$ queries. This is a quadratic improvement over the norm-wise error of standard JL approximations. We finally show how these results can be extended to estimate the Euclidean distances between data points and to approximate the statistical leverage scores of a tall-and-skinny data matrix, which are ubiquitous for many applications. Proof-of-concept numerical experiments are presented to validate the theoretical analysis.


翻译:Johnson 和 Lindenstraus 的经典结果显示, 一套美元高维数据点可以被预测为美元( log n/\\ epsilon=2) 美元维度, 其配对距离的正方方块被保存到小扭曲 $\ epsilon\ in ( 0, 1美元) 。 因此, JL limma 只能对一般情况进行最佳的改进。 这项工作的目的是根据 Hutch+ Algorithm 所启发的技术, 提高美元( $%%) 的高维数据点的依赖度。 将美元降为美元( = n/ =\ eepsilon=2) 美元( =美元) 维度数据值降为美元( =% 1) 。 以数字基底值为基数, 以数值为基数的基数( =x) 。 以数值为基数的基数为基数, 以数值为基数的基数的基数为基数, 以数值为基数的基数为基数, 的基数为基数为基数为基数, 。 以比值为基数的基数为基数为基数为基数, 。

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