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Streaming Bayesian inference: theoretical limits and mini-batch approximate message-passing

Authors :
Andre Manoel
Eric W. Tramel
Lenka Zdeborová
Florent Krzakala
Service NEUROSPIN (NEUROSPIN)
Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Laboratoire de Physique Statistique de l'ENS (LPS)
Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Okwin France, Paris
Institut de Physique Théorique - UMR CNRS 3681 (IPHT)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
European Project: 307087,EC:FP7:ERC,ERC-2012-StG_20111012,SPARCS(2012)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS)
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
2017 55th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing (Allerton), Allerton
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

In statistical learning for real-world large-scale data problems, one must often resort to "streaming" algorithms which operate sequentially on small batches of data. In this work, we present an analysis of the information-theoretic limits of mini-batch inference in the context of generalized linear models and low-rank matrix factorization. In a controlled Bayes-optimal setting, we characterize the optimal performance and phase transitions as a function of mini-batch size. We base part of our results on a detailed analysis of a mini-batch version of the approximate message-passing algorithm (Mini-AMP), which we introduce. Additionally, we show that this theoretical optimality carries over into real-data problems by illustrating that Mini-AMP is competitive with standard streaming algorithms for clustering.<br />Comment: 19 pages, 4 figures

Details

Language :
English
ISBN :
978-1-5386-3266-6
ISBNs :
9781538632666
Database :
OpenAIRE
Journal :
2017 55th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing (Allerton), Allerton
Accession number :
edsair.doi.dedup.....db40d572b151553d38884f8302ba596e