We revisit Matrix Balancing, a pre-conditioning task used ubiquitously for computing eigenvalues and matrix exponentials. Since 1960, Osborne's algorithm has been the practitioners' algorithm of choice and is now implemented in most numerical software packages. However, its theoretical properties are not well understood. Here, we show that a simple random variant of Osborne's algorithm converges in near-linear time in the input sparsity. Specifically, it balances $K\in\mathbb{R}_{\geq 0}^{n\times n}$ after $O(m\epsilon^{-2}\log\kappa)$ arithmetic operations, where $m$ is the number of nonzeros in $K$, $\epsilon$ is the $\ell_1$ accuracy, and $\kappa=\sum_{ij}K_{ij}/(\min_{ij:K_{ij}\neq 0}K_{ij})$ measures the conditioning of $K$. Previous work had established near-linear runtimes either only for $\ell_2$ accuracy (a weaker criterion which is less relevant for applications), or through an entirely different algorithm based on (currently) impractical Laplacian solvers. We further show that if the graph with adjacency matrix $K$ is moderately connected--e.g., if $K$ has at least one positive row/column pair--then Osborne's algorithm initially converges exponentially fast, yielding an improved runtime $O(m\epsilon^{-1}\log\kappa)$. We also address numerical precision by showing that these runtime bounds still hold when using $O(\log(n\kappa/\epsilon))$-bit numbers. Our results are established through an intuitive potential argument that leverages a convex optimization perspective of Osborne's algorithm, and relates the per-iteration progress to the current imbalance as measured in Hellinger distance. Unlike previous analyses, we critically exploit log-convexity of the potential. Our analysis extends to other variants of Osborne's algorithm: along the way, we establish significantly improved runtime bounds for cyclic, greedy, and parallelized variants.


翻译:我们重新审视“ 平衡 ”, 这是一种用于计算 egenvalue 和 矩阵指数的快速调节任务。 1960年以来, Osborne 的算法一直是实践者选择的算法, 现在大多数数字软件软件都应用了。 然而, 它的理论属性并没有得到很好理解。 在这里, 我们显示 Osbor 的算法的简单随机变异在输入宽度的近线时间会聚集在一起。 具体地说, 它平衡了 $K\ in\ mathb{R ⁇ geq 0\ nn\timen 的计算。 在 $ (m\ lipsl=conomical) 后, Osboral 的算算法一直以美元计算, Osbreal- liver = dislational dislationality 操作操作, 美元- dislational- dislational dismality a mession.

0
下载
关闭预览

相关内容

机器学习系统设计系统评估标准
【图与几何深度学习】Graph and geometric deep learning,49页ppt
专知会员服务
41+阅读 · 2021年4月2日
【伯克利-Ke Li】学习优化,74页ppt,Learning to Optimize
专知会员服务
40+阅读 · 2020年7月23日
Python分布式计算,171页pdf,Distributed Computing with Python
专知会员服务
105+阅读 · 2020年5月3日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Ray RLlib: Scalable 降龙十八掌
CreateAMind
8+阅读 · 2018年12月28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
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
19+阅读 · 2017年10月1日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
12+阅读 · 2017年9月24日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Arxiv
0+阅读 · 2021年9月7日
Arxiv
3+阅读 · 2018年10月18日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
Ray RLlib: Scalable 降龙十八掌
CreateAMind
8+阅读 · 2018年12月28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
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9日
Hierarchical Disentangled Representations
CreateAMind
4+阅读 · 2018年4月15日
【推荐】免费书(草稿):数据科学的数学基础
机器学习研究会
19+阅读 · 2017年10月1日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
12+阅读 · 2017年9月24日
【学习】Hierarchical Softmax
机器学习研究会
4+阅读 · 2017年8月6日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员