Randomized Online PCA Algorithms with Regret Bounds that are Logarithmic in the Dimension

前俩次,都用到了rounding(),遗憾的是,都没有讲清楚,这次稍微具体地讲下这篇论文。但是说实话,我感觉,我还是没有领会到这篇文章的精髓。

Setup of Batch PCA and Online PCA

Batch PCA的目标,就是寻找一个子空间,能够最小化平方误差。
这篇论文,给出了一个比较新颖的表达方式:

在这里插入图片描述

where,
m\in \mathbb{R}^{n}

rank(P) =k

一般来讲,最优解就是,
m = \overline{x}
, 而
P
所对应的子空间就是协方差矩阵的前
k
个特征向量组成的子空间。
论文对(1)进行了一个改写:
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

上面式子的一种直观解释就是,
comp(P)
就是一种损失,这个损失是由投影矩阵
P
带来的。
而在streaming PCA(论文里为Online PCA):
在这里插入图片描述

很自然的,
在这里插入图片描述

成了
T
次迭代所积累的损失。
我们希望,这些损失,能够接近由Batch PCA所产生的损失。

Hedge Algorithm

假设,有n个专家:expert i, i=1,2,\ldots,n.
有一个概率向量\mathsf{w},每个元素\mathsf{w}_i为舍弃expert i的概率。
自然而然,会有一个损失,称之为:\mathcal{l},每个元素是舍弃相应expert的损失,但是要求\mathcal{l}\in[0,1],所以我估计得有个单位化的过程。
下面就是如何选取专家,和迭代更新\mathsf{w}的算法。

在这里插入图片描述

这个\mathbf{w}的更新,有点类似adaboost,感觉其它地方也有看到过,至于其中的原理,估计还是得看论文吧。
同时,有下面的性质:

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

改进算法

这个算法的目标是,将\mathbf{w}分解为\mathop{\sum}\limits_{i}p_ir_i,其中p_i为概率,r_i(n-k)-corner.d-corner,是指有且仅有d个非零项,且非零项的值为:\frac{1}{d}.分解完毕只有,不同于上面的算法,这个算法将通过分布p_i选择r_i,而r_i中的非零项所对应的指标就是相应的要舍弃的专家,expert。
分解算法如下:

在这里插入图片描述

\mathbf{w} \in B_d^n
是指
|\mathbf{w}|=\mathop{\sum}\limits_{i}\mathbf{w}_i=1
,且
0 \leq \mathbf{w}_i \leq \frac{1}{d}

为了使\mathbf{w} \in B_d^{n},有下面的算法:

在这里插入图片描述

接下来就是结合上面的分解所得到的改进的Hedge算法:


在这里插入图片描述

有一个性质:


在这里插入图片描述

用于矩阵

在这里插入图片描述

定义:


在这里插入图片描述

矩阵d-corner是指A的特征值,有且仅有d个非零项,且均为\frac{1}{d}
其他的类似定义。
这里的W是密度矩阵:对称正定矩阵,且迹为1。
则:

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

\mathbf{log}A=\mathop{\sum}\limits_ilog(\lambda_i)a_ia_i^{\top}
, 如果
A=\mathop{\sum}\limits_i\lambda_ia_ia_i^{\top}

\mathbf{exp}A
同理。

这个算法貌似是为了将W投影到B_d^{n}中的理论依据。

下面的算法五,就是关于如何利用W进行PCA:

在这里插入图片描述

rounding()

那么如何将上面的种种算法应用到之前提到的文章呢。之前的文章说,算法二就可以了,所以是这么理解吗?
最后得到的矩阵,根据特征值,得到概率向量\mathbf{w},然后再进行分解,通过概率p_i,得到r_i,接着,舍弃这些特征向量,得到最后的投影矩阵P?
但是,用特征值,总觉得和上面的不大相符,可不用特征值又能用什么呢?因为他们都是在最后一步利用这个rounding()。但是,用算法五,就和他们本身的算法不一致了,具体如何,不得而知了。

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