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计算机科学 > 机器学习

arXiv:2507.14631 (cs)
[提交于 2025年7月19日 ]

标题: $k$- 用于(非平方)欧几里得距离的PCA:多项式时间近似

标题: $k$-PCA for (non-squared) Euclidean Distances: Polynomial Time Approximation

Authors:Daniel Greenhut, Dan Feldman
摘要: 给定一个整数$k\geq1$和一个在$\REAL^d$中的包含$n$个点的集合$P$,经典的$k$-PCA(主成分分析)近似了$P$的仿射\emph{$k$-子空间均值},即最小化其在$P$点上的平方欧几里得距离($\ell_{2,2}$-范数)之和的$k$维仿射线性子空间,即这些距离的均值。 \emph{$k$-子空间中位数}是一个子空间,它最小化其非平方欧几里得距离的和($\ell_{2,1}$混合范数),即它们的中位数。中位数子空间通常比均值更稀疏且对噪声/异常值更具鲁棒性,但由于与$\ell_{z,z}$(非混合)范数不同,它对于$k<d-1$是非凸的,因此也更难近似。我们提供了第一个多项式时间确定性算法,其运行时间和近似因子都不指数依赖于$k$。更准确地说,乘法近似因子是$\sqrt{d}$,而运行时间是输入规模的多项式。 我们期望我们的技术对于许多其他相关问题也会有用,例如$\ell_{2,z}$的距离范数,如$z\not \in \br{1,2}$,例如$z=\infty$,以及处理异常值/稀疏性。 开放代码和在真实数据集上的实验结果也已提供。
摘要: Given an integer $k\geq1$ and a set $P$ of $n$ points in $\REAL^d$, the classic $k$-PCA (Principle Component Analysis) approximates the affine \emph{$k$-subspace mean} of $P$, which is the $k$-dimensional affine linear subspace that minimizes its sum of squared Euclidean distances ($\ell_{2,2}$-norm) over the points of $P$, i.e., the mean of these distances. The \emph{$k$-subspace median} is the subspace that minimizes its sum of (non-squared) Euclidean distances ($\ell_{2,1}$-mixed norm), i.e., their median. The median subspace is usually more sparse and robust to noise/outliers than the mean, but also much harder to approximate since, unlike the $\ell_{z,z}$ (non-mixed) norms, it is non-convex for $k<d-1$. We provide the first polynomial-time deterministic algorithm whose both running time and approximation factor are not exponential in $k$. More precisely, the multiplicative approximation factor is $\sqrt{d}$, and the running time is polynomial in the size of the input. We expect that our technique would be useful for many other related problems, such as $\ell_{2,z}$ norm of distances for $z\not \in \br{1,2}$, e.g., $z=\infty$, and handling outliers/sparsity. Open code and experimental results on real-world datasets are also provided.
主题: 机器学习 (cs.LG) ; 计算几何 (cs.CG); 数据结构与算法 (cs.DS)
引用方式: arXiv:2507.14631 [cs.LG]
  (或者 arXiv:2507.14631v1 [cs.LG] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.14631
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Daniel Greenhut [查看电子邮件]
[v1] 星期六, 2025 年 7 月 19 日 14:00:50 UTC (449 KB)
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