Provable Inductive Matrix Completion

秩(图论) 低秩近似 矩阵完成 计算机科学 缩小 数学优化 基质(化学分析) 数学 算法 域代数上的 组合数学 纯数学 物理 张量(固有定义) 复合材料 高斯分布 量子力学 材料科学
作者
Prateek Jain,Inderjit S. Dhillon
出处
期刊:Cornell University - arXiv 被引量:59
摘要

Consider a movie recommendation system where apart from the ratings information, side information such as user's age or movie's genre is also available. Unlike standard matrix completion, in this setting one should be able to predict inductively on new users/movies. In this paper, we study the problem of inductive matrix completion in the exact recovery setting. That is, we assume that the ratings matrix is generated by applying feature vectors to a low-rank matrix and the goal is to recover back the underlying matrix. Furthermore, we generalize the problem to that of low-rank matrix estimation using rank-1 measurements. We study this generic problem and provide conditions that the set of measurements should satisfy so that the alternating minimization method (which otherwise is a non-convex method with no convergence guarantees) is able to recover back the {\em exact} underlying low-rank matrix. In addition to inductive matrix completion, we show that two other low-rank estimation problems can be studied in our framework: a) general low-rank matrix sensing using rank-1 measurements, and b) multi-label regression with missing labels. For both the problems, we provide novel and interesting bounds on the number of measurements required by alternating minimization to provably converges to the {\em exact} low-rank matrix. In particular, our analysis for the general low rank matrix sensing problem significantly improves the required storage and computational cost than that required by the RIP-based matrix sensing methods \cite{RechtFP2007}. Finally, we provide empirical validation of our approach and demonstrate that alternating minimization is able to recover the true matrix for the above mentioned problems using a small number of measurements.

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