Practical Leverage-Based Sampling for Low-Rank Tensor Decomposition

超定系统 数学 杠杆(统计) 张量(固有定义) 张量分解 秩(图论) 算法 应用数学 组合数学 计算机科学 纯数学 统计 数据库
作者
Brett W. Larsen,Tamara G. Kolda
出处
期刊:SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications [Society for Industrial and Applied Mathematics]
卷期号:43 (3): 1488-1517 被引量:26
标识
DOI:10.1137/21m1441754
摘要

The low-rank canonical polyadic tensor decomposition is useful in data analysis and can be computed by solving a sequence of overdetermined least squares subproblems. Motivated by consideration of sparse tensors, we propose sketching each subproblem using leverage scores to select a subset of the rows, with probabilistic guarantees on the solution accuracy. We randomly sample rows proportional to leverage score upper bounds that can be efficiently computed using the special Khatri--Rao subproblem structure inherent in tensor decomposition. Crucially, for a $(d+1)$-way tensor, the number of rows in the sketched system is $O(r^d/\epsilon)$ for a decomposition of rank $r$ and $\epsilon$-accuracy in the least squares solve, independent of both the size and the number of nonzeros in the tensor. Along the way, we provide a practical solution to the generic matrix sketching problem of sampling overabundance for high-leverage-score rows, proposing to include such rows deterministically and combine repeated samples in the sketched system; we conjecture that this can lead to improved theoretical bounds. Numerical results on real-world large-scale tensors show the method is significantly faster than deterministic methods at nearly the same level of accuracy.
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