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Bilinear Generalized Vector Approximate Message Passing
arXiv - CS - Information Theory Pub Date : 2020-09-15 , DOI: arxiv-2009.06854 Mohamed Akrout, Anis Housseini, Faouzi Bellili, Amine Mezghani
arXiv - CS - Information Theory Pub Date : 2020-09-15 , DOI: arxiv-2009.06854 Mohamed Akrout, Anis Housseini, Faouzi Bellili, Amine Mezghani
We introduce the bilinear generalized vector approximate message passing
(BiG-VAMP) algorithm which jointly recovers two matrices U and V from their
noisy product through a probabilistic observation model. BiG-VAMP provides
computationally efficient approximate implementations of both max-sum and
sumproduct loopy belief propagation (BP). We show how the proposed BiG-VAMP
algorithm recovers different types of structured matrices and overcomes the
fundamental limitations of other state-of-the-art approaches to the bilinear
recovery problem, such as BiG-AMP, BAd-VAMP and LowRAMP. In essence, BiG-VAMP
applies to a broader class of practical applications which involve a general
form of structured matrices. For the sake of theoretical performance
prediction, we also conduct a state evolution (SE) analysis of the proposed
algorithm and show its consistency with the asymptotic empirical mean-squared
error (MSE). Numerical results on various applications such as matrix
factorization, dictionary learning, and matrix completion demonstrate
unambiguously the effectiveness of the proposed BiG-VAMP algorithm and its
superiority over stateof-the-art algorithms. Using the developed SE framework,
we also examine (as one example) the phase transition diagrams of the matrix
completion problem, thereby unveiling a low detectability region corresponding
to the low signal-to-noise ratio (SNR) regime.
中文翻译:
双线性广义向量近似消息传递
我们介绍了双线性广义向量近似消息传递 (BiG-VAMP) 算法,该算法通过概率观察模型从它们的噪声乘积中联合恢复两个矩阵 U 和 V。BiG-VAMP 提供了 max-sum 和 sumproduct 循环置信传播 (BP) 的计算高效近似实现。我们展示了所提出的 BiG-VAMP 算法如何恢复不同类型的结构化矩阵,并克服了其他最先进的双线性恢复问题方法的基本局限性,例如 BiG-AMP、BAd-VAMP 和 LowRAMP。本质上,BiG-VAMP 适用于更广泛的实际应用类别,其中涉及结构化矩阵的一般形式。为了理论性能预测,我们还对所提出的算法进行状态演化 (SE) 分析,并显示其与渐近经验均方误差 (MSE) 的一致性。矩阵分解、字典学习和矩阵补全等各种应用的数值结果清楚地证明了所提出的 BiG-VAMP 算法的有效性及其优于最先进算法的优越性。使用开发的 SE 框架,我们还检查(作为一个例子)矩阵完成问题的相变图,从而揭示了对应于低信噪比 (SNR) 机制的低可检测性区域。和矩阵完成明确地证明了所提出的 BiG-VAMP 算法的有效性及其对最先进算法的优越性。使用开发的 SE 框架,我们还检查(作为一个例子)矩阵完成问题的相变图,从而揭示了对应于低信噪比 (SNR) 机制的低可检测性区域。和矩阵完成明确地证明了所提出的 BiG-VAMP 算法的有效性及其对最先进算法的优越性。使用开发的 SE 框架,我们还检查(作为一个例子)矩阵完成问题的相变图,从而揭示了对应于低信噪比 (SNR) 机制的低可检测性区域。
更新日期:2020-09-16
中文翻译:
双线性广义向量近似消息传递
我们介绍了双线性广义向量近似消息传递 (BiG-VAMP) 算法,该算法通过概率观察模型从它们的噪声乘积中联合恢复两个矩阵 U 和 V。BiG-VAMP 提供了 max-sum 和 sumproduct 循环置信传播 (BP) 的计算高效近似实现。我们展示了所提出的 BiG-VAMP 算法如何恢复不同类型的结构化矩阵,并克服了其他最先进的双线性恢复问题方法的基本局限性,例如 BiG-AMP、BAd-VAMP 和 LowRAMP。本质上,BiG-VAMP 适用于更广泛的实际应用类别,其中涉及结构化矩阵的一般形式。为了理论性能预测,我们还对所提出的算法进行状态演化 (SE) 分析,并显示其与渐近经验均方误差 (MSE) 的一致性。矩阵分解、字典学习和矩阵补全等各种应用的数值结果清楚地证明了所提出的 BiG-VAMP 算法的有效性及其优于最先进算法的优越性。使用开发的 SE 框架,我们还检查(作为一个例子)矩阵完成问题的相变图,从而揭示了对应于低信噪比 (SNR) 机制的低可检测性区域。和矩阵完成明确地证明了所提出的 BiG-VAMP 算法的有效性及其对最先进算法的优越性。使用开发的 SE 框架,我们还检查(作为一个例子)矩阵完成问题的相变图,从而揭示了对应于低信噪比 (SNR) 机制的低可检测性区域。和矩阵完成明确地证明了所提出的 BiG-VAMP 算法的有效性及其对最先进算法的优越性。使用开发的 SE 框架,我们还检查(作为一个例子)矩阵完成问题的相变图,从而揭示了对应于低信噪比 (SNR) 机制的低可检测性区域。