This paper concerns the approximation of smooth, high-dimensional functions from limited samples using polynomials. This task lies at the heart of many applications in computational science and engineering -- notably, those arising from parametric modelling and uncertainty quantification. It is common to use Monte Carlo (MC) sampling in such applications, so as not to succumb to the curse of dimensionality. However, it is well known this strategy is theoretically suboptimal. There are many polynomial spaces of dimension $n$ for which the sample complexity scales log-quadratically in $n$. This well-documented phenomenon has led to a concerted effort to design improved, in fact, near-optimal strategies, whose sample complexities scale log-linearly, or even linearly in $n$. Paradoxically, in this work we show that MC is actually a perfectly good strategy in high dimensions. We first document this phenomenon via several numerical examples. Next, we present a theoretical analysis that resolves this paradox for holomorphic functions of infinitely-many variables. We show that there is a least-squares scheme based on $m$ MC samples whose error decays algebraically fast in $m/\log(m)$, with a rate that is the same as that of the best $n$-term polynomial approximation. This result is non-constructive, since it assumes knowledge of a suitable polynomial space in which to perform the approximation. We next present a compressed sensing-based scheme that achieves the same rate, except for a larger polylogarithmic factor. This scheme is practical, and numerically it performs as well as or better than well-known adaptive least-squares schemes. Overall, our findings demonstrate that MC sampling is eminently suitable for smooth function approximation when the dimension is sufficiently high. Hence the benefits of improved sampling strategies are generically limited to lower-dimensional settings.


翻译:本文涉及使用多元分子的有限样本中光滑高维功能的近似值。 这个任务位于计算学和工程学中许多应用应用的核心 -- -- 主要是参数建模和不确定性量化所产生的应用。 在这种应用中使用蒙特卡洛(MC)取样方法很常见, 以免屈服于维度的诅咒。 然而, 众所周知, 这个策略在理论上是不完美的。 有很多维度的多数值空间。 有许多维度的样本复杂度以美元为单位, 逻辑平方。 这个记录良好的现象导致在计算学和工程学中设计许多应用的核心 -- -- 事实上, 近优美的策略, 其样本的精度缩略线性, 甚至是线性化的。 在这项工作中, 模型的精度是完全好的策略。 我们首先通过几个数字实例来记录这个现象。 我们提出一个理论分析, 以无限多维变量的本性功能解决了这个反常态现象。 我们指出, 下一个最差的精确的精确度计划是最差的, 以美元的直径直径的内, 的直径直径直系的直径直系方案, 也就是的直径直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系, 直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系, 直系的直系, 直系的直系的直系, 直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系, 直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系, 直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系, 直系的直系的直系, 直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系,其直系,其直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系的直系,其直系

0
下载
关闭预览

相关内容

因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
238+阅读 · 2020年4月19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
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年10月21日
VIP会员
相关资讯
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Workshop
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月20日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18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
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员