최소 예상 l2 규범을 갖는 볼록 바디


23

원점과 대칭을 중심으로 볼록 바디 K를 고려하십시오 K(즉, x ∈ Kx∈K 이면 − x ∈ K−x∈K ). K ⊆ L 과 다음 측정 값이 최소화 되도록 다른 볼록 바디 L 을 찾고 싶습니다 .LK⊆L

f ( L ) = E ( √x T ⋅ x )f(L)=E(xT⋅x−−−−−√)(여기서xx는 L에서 임의로 무작위로 선택한 점임)

나는 계수에 대한 일정한 요인 근사치로 괜찮습니다.

일부 메모 -KK 자체가 답 이라는 첫 번째 직관적 추측 은 틀 렸습니다. 예를 들어, KK 가 매우 큰 치수의 얇은 실린더 라고 생각하십시오 . 그런 다음 우리가 얻을 수있는 L을L 하도록 F ( L ) < F ( K )f(L)<f(K) 시켜서 원점에 더 볼륨 가까이 있습니다.엘L


그만한 가치가 없다면 문제는 어려워 보입니다. 3D에서도 해결 방법이 명확하지 않습니다.
— Sariel Har-Peled

2D로 최적으로 수행하는 방법이 분명합니까? 물론 2d에서 상수 팩터 근사는 흥미롭지 않습니다.
— Ashwinkumar BV

나에게는 분명하지 않습니다. 타원체 www.math.sc.edu/~howard/Notes/john.pdf에 의해 모양을 근사화함으로써 모든 요소에서 일정한 계수 근사를 알 수 있습니다. 상수는 치수에 따라 다릅니다.
— Sariel Har-Peled

상수가 치수에 의존하지 않는 상수 요인 근사에 더 관심이 있습니다.
— Ashwinkumar BV

1
당연히. 타원체 케이스조차도 분명하지 않습니다. 이 문제를 공격하려면 조사 할 첫 번째 버전이 될 것입니다. 직관적으로, 무시할 차원과 확장 할 차원을 결정해야합니다. 자연 솔루션은 타원체와 다른 타원체의 결합의 볼록 껍질처럼 보입니다. 여기서 새로운 타원체의 축은 일부 매개 변수 r과 같거나 다른 타원체와 같습니다.
— Sariel Har-Peled

답변:


1

K 와 L 을 모두 타원체로 제한 하면 SDP를 사용하여 문제를 정확하게 해결할 수 있습니다. 나는 이것이 당신이 처음에 요구 한 것이 아니라는 것을 알고 있지만, 우리는이 제한된 경우에도 해결책이 없으며 아마도 도움이 될 수 있습니다.KL

E 가 입력 타원체이고 최적의 둘러싸는 타원체 J를 찾고 있다고 가정 해 봅시다 . 선형 맵 F st E = F B 2 및 맵 G st J = G B 2가 있으며, 여기서 B 2 는 단위 공입니다. 그런 다음 E x ∼ J [ ″ x ″ 2 2 ] = 1EJFE=FB2GJ=GB2B2n Tr(GTG). 또한E⊆J⇔J∘⊆E∘여기서E∘이는 IS극체의E. 편리하게,E∘={x:xTFTFx≤1}이고J∘={x:xTGTGx≤1}Ex∼J[∥x∥22]=1nTr(GTG)E⊆J⇔J∘⊆E∘E∘EE∘={x:xTFTFx≤1}J∘={x:xTGTGx≤1}. G T G - F T F 가 양의 반정의 행렬 인 경우에만 J ∘ ⊆ E ∘ (따라서 E ⊆ J )를 따릅니다 .J∘⊆E∘E⊆JGTG−FTF

SDP는 다음과 같이 정의됩니다. 대칭 PSD 행렬 M을 지정하면 대칭 PSD 행렬을 찾습니다. N st N - M 은 PSD이고 T r ( N ) 은 최소화됩니다. N 은 SDP를 풀면 찾을 수 있으며 SVD는 축과 축의 길이를 J로 지정 합니다.MNN−MTr(N)NJ


0

(의견에서 언급 한 바와 같이, 다음 접근법은 작동하지 않습니다. 획득 한 물체는 볼록하지 않습니다. 그러나 최소 예상 거리를 가진 "별 모양"물체를 특징으로합니다.)

최적의 물체는 K 와 노점을 중심으로 한 공 의 결합 일 것이라고 생각합니다 . 여기 내 생각이 있습니다. 귀하의 정의에 의해 F ( L ) , F ( L ) ~ ∫ S D - 1 개 ∫ R의 L 0 X D ( X D / X D L )Kf(L)d x rLv o l ( L ) dxdS∼∫ S d-1r 2 Lv o l ( L ) dS∼∫ S d - 1 r 2 L dS∫ S D - 1 개 R L에 D를 S의 개발 E F = g(L),(R)의L이표면으로 원점으로부터의 거리L, 특정 방향. 상수를 삭제했기 때문에 = 대신∼를사용했습니다. 이제 우리는모든 방향을 따라rL≥rK제약 조건에서g(L)을 최소화하려고합니다. 공지 사항 경우 그연구의K몇 가지 방향을 따라가보다 작은g(

f(L)∼∫Sd−1∫rL0xd(xd/xdL)dxrLvol(L)dxdS∼∫Sd−1r2Lvol(L)dS∼∫Sd−1r2LdS∫Sd−1rLdS=defg(L),
rLL∼g(L)rL≥rKrKK ) / 2 , 우리는 약간 크게 만들 수 있습니다,하여 증가 말할 ε ≤ g ( K ) / 2 - r에 K 만들기 위해, g는 ( K ) 작은. 우리가 열거 증가하기 때문이다 ( R에서 L + ε ) 2 - , R 2 L = ε ( 2 (R)의 L + ε ) 인자 미만 g ( K )g(K)/2ϵ≤g(K)/2−rKg(K)(rL+ϵ)2−r2L=ϵ(2rL+ϵ)g(K)분모의 증가. 따라서 우리는 점차적으로 객체를 약간 성장시키고 g ( ⋅ )를 업데이트 하여 g ( ⋅ ) 값을 더 작게 하여 K를 "변형"한다고 생각할 수 있습니다 . 하자 K는 * 결국 볼록 오브젝트합니다. 그런 다음 ∂ K ∗ ∖ ∂ K의 모든 지점 은 원점으로부터 거리 g ( K * ) / 2에 있습니다. 즉, K * 는 K 와 반경 g ( KKg(⋅)g(⋅)K∗∂K∗∖∂Kg(K∗)/2K∗K∗ ) / 2 .g(K∗)/2

실제로, g ( K ' ) = g ( K )가 되도록 다른 볼록한 물체 K '를 고려 한다 . 그런 다음 K * ⊆ K ' , 그렇지 않으면 우리는 K * 내부 에서 K ' 의 일부를 성장시켜 g ( K ' )를 더 작게 만들 수 있기 때문 입니다. 반면에 K ' ⊆ K ∗ , 그렇지 않으면 같은 생각으로 K ' ∖ K 의 일부를 K ∗ 외부로 축소 할 수 있기 때문에K′g(K′)=g(K)K∗⊆K′K′K∗g(K′)K′⊆K∗K′∖KK∗g ( K ' )를 더 작게 만들기 위해 . 따라서 고유 한 최적의 솔루션이 있습니다.g(K′)


1
어쩌면 내가 뭔가를 잃어 버렸지 만 왜 이런 방식으로 객체가 볼록합니까?
— mjqxxxx

@mjqxxxx 당신이 맞아요. 내가 어떻게 그리워했는지 ...
— user7852

어떻게 다음과 같은 아이디어에 대해 : 즉, 타원체가 아니라 볼록 객체가 어떤 타원체로 근사 할 수있는 것으로 알려져있다 E K 그러한 E K ⊆ K ⊆ √EKD EK. 그런 다음f( √EK⊆K⊆d−−√EKd EK)는대략비율d를 사용하여f(K)와근사합니다. K를포함하는모든L의경우 √f(d−−√EK)f(K)dLKD EK⊆차원E의L. √를 포함하는 최적의 타원체E를찾을 수 있다면d−−√EK⊆dELEd EK,f(E)≤d2f(L). E계산 방법을 모르겠습니다. 그러나 축이 √ 의 축과 정렬되는 것 같습니다.d−−√EKf(E)≤d2f(L)Ed EK및 모든 고유 값 √d−−√EKD EK어떤 임계치 이하가 해당 임계 값으로 상승된다. d−−√EK
— user7852

L이 볼록한 몸체로 제한되지 않으면 K와 공의 결합에 동의합니다.
— Ashwinkumar BV

The idea of using ellipsoid won't give you a constant factor. It can give at best a √dd−−√ approximation. My conjecture is that convex hull of LL with a ball of appropriate radius is a constant factor approximation. I am not sure how to prove or disprove the conjecture.
— Ashwinkumar B V

0

The following solution is based on the this assumpotion/conjecture [to be proved]:

Conjecture: The expectation of a convex function on conv(K⋃K′)conv(K⋃K′) is smaller than the larger between the expectation on KK and the expectation on K′K′.

[We will need the above only for K,K′K,K′ convex, but is might be true in general]

Take now any set KK and apply a rotation RR to it centered on the origin, obtaining R(K)R(K). You are going to have f(K)=f(R(K))f(K)=f(R(K)), because the rotation leaves the length of the elements of KK invariant. If I am right about the conjecture, f(conv(K⋃R(K)))≤f(K)f(conv(K⋃R(K)))≤f(K). Since for any optimal LL you could consider L′=⋃RR(L)=conv(⋃RR(L))L′=⋃RR(L)=conv(⋃RR(L)), where ⋃R⋃R indicates the union over all rotations, and have f(L)≥f(L′)≥f(L)f(L)≥f(L′)≥f(L), it would seem that the optimal LL can be chosen to be the smallest sphere containing KK.


It would be sufficient to prove that Econv(A)≤EAEconv(A)≤EA for the expectation of a convex function. That EK⋃K′≤max{EK,E′K}EK⋃K′≤max{EK,E′K} seems easy.
— Marco

4
I am not entirely sure I get your answer. But it is definitely not true that L can be chosen to be the smallest sphere containing K. Consider a long thin cylinder in dd dimensions of length tt. Then any sphere SS containing KK should have f(S)≥tf(S)≥t. But if you construct L=conv(K∪U)L=conv(K∪U) where U is a sphere or radius roughly c1t/dc1t/d you get f(L)f(L) roughly c2t/d. (where c1,c2 are constants)
— Ashwinkumar B V
당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책과 개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.