实例最优矩阵乘法权重更新及其量子应用

矩阵乘性权重更新(MMWU)是一种开创性的在线学习算法,具有广泛的应用价值。在解决d维谱形空间上“专家建议学习(LEA)”的矩阵形式问题时,该算法已知能达到极小极大最优的𝒪(√T log d)遗憾界,其中T表示时间跨度。本研究中,该团队提出了一种改进算法,实现了实例最优的𝒪(√T·S(X||d⁻¹I_d))遗憾界,其中X表示遗憾比较器,I_d为单位矩阵,S(·||·)表示量子相对熵。值得注意的是,新算法与MMWU具有相同的计算复杂度,这意味着遗憾界的提升是“零成本”的。 从技术层面看,研究人员首先构建了矩阵LEA问题的通用势函数框架,MMWU可视为标准指数势函数诱导的特例。分析的核心在于基于拉普拉斯变换技术建立的新型“单边”詹森迹不等式,这使得非指数型的一般势函数能应用于矩阵LEA问题。最终,该算法由源自向量LEA问题的最优势函数诱导产生,该势函数基于虚误差函数构建。 作为补充研究,该工作给出了矩阵LEA问题的内存下限证明,并探讨了新算法在量子学习理论中的应用。研究表明:在受 depolarization噪声污染的量子态学习、随机量子态学习以及吉布斯态学习任务中,该方法均超越了现有最优技术。此外,将算法应用于线性化凸损失函数时,可实现对量子纯度、量子虚拟冷却、Rényi-2关联等非线性量子性质的预测。

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