大规模分布式矩阵分解算法的理论与应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61802069
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0202.系统软件、数据库与工业软件
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Matrix factorization is of great important in many fields such as artificial intelligence, statistics, machine learning, and data mining. In recent years, with the rapid development of internet technologies, the volume of data has been increasing exponentially, which poses huge challenges on matrix factorization computations. It is now common to do data-intensive computations on massive distributed platforms, which has been proved very successful. However, research on distributed matrix factorization is still quite limited. For the lack of general algorithmic frameworks and techniques, this project proposes a divide-and-conquer framework based on theories of nonlinear optimization and numerical iterative methods. To further reduce the communication burden, this project will apply novel distributed matrix compression and round compression techniques. To theoretically analyze these algorithms, the project will propose a rigorous and clean computation model. Finally, all algorithms designed will be integrated into Spark. The success of the project will potentially make matrix factorization computation much more scalable, which will support the development of large scale applications such as recommendation systems. Moreover, the new ideas and techniques proposed in this project will be likely to advance the research of data-intensive distributed computation.
矩阵分解在人工智能,统计学,机器学习和数据挖掘中有着极为重要的科学和应用价值。近些年,随着互联网的快速发展,数据的规模呈指数级上涨,这给矩阵分解计算提出来极大的挑战。目前,大规模分布式计算已经成为解决数据密集型问题最常用、最有效方法。然而,分布式矩阵分解算法目前还没有得到很好的研究。针对现有研究缺乏通用算法框架和算法技术的不足,该项目拟提出以非线性优化和数值迭代方法为理论基础的分治算法设计框架。为了进一步降低分布式算法中的通信代价,本项目拟采用新的分布式矩阵压缩和通信轮次压缩技术。为了从理论上分析所提算法的复杂性和计算精度,该课题拟提出严谨、简洁且符合实际的理论分析模型。最终将所提算法集成到分布式计算平台Spark上。该项目的完成有望大大提高矩阵分解计算的可扩展性,为推荐系统等大规模应用提供技术支撑。同时,该项目中提出的新思路和新技术对与促进数据密集型分布式计算领域的发展也具有重要意义。

结项摘要

矩阵分解在人工智能,统计学,机器学习和数据挖掘中有着极为重要的科学和应用价值。近些年,随着互联网的快速发展,数据的规模呈指数级上涨,这给矩阵分解计算提出来极大的挑战。目前,大规模分布式计算已经成为解决数据密集型问题最常用、最有效方法。然而,分布式矩阵分解算法目前还没有得到很好的研究。针对现有研究缺乏通用算法框架和算法技术的不足,该项目提出以非线性优化和数值迭代方法为理论基础的分治算法设计框架。为了进一步降低分布式算法中的通信代价,本项目采用新的分布式矩阵压缩技术和分布式梯度采样和量化算法。本课题从理论上分析所提算法的复杂性和计算精度。该项目所提算法,有望大大提高工业场景下矩阵分解计算的可扩展性,为推荐系统等大规模应用提供技术支撑。同时,该项目中提出的新思路和新技术对与促进数据密集型分布式计算领域的发展也具有一定指导意义。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
Near Optimal Frequent Directions for Sketching Dense and Sparse Matrices
绘制稠密矩阵和稀疏矩阵的近乎最优频繁方向
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Machine Learning Research
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Huang Zengfeng
  • 通讯作者:
    Huang Zengfeng
Randomized Algorithms for Tracking Distributed Count, Frequencies, and Ranks (vol 81, pg 2222, 2019)
用于跟踪分布式计数、频率和排名的随机算法(第 81 卷,第 2222 页,2019 年)
  • DOI:
    10.1021/acschembio.9b00505
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Algorithmica
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Huang Zengfeng;Yi Ke;Zhang Qin
  • 通讯作者:
    Zhang Qin
Communication-Efficient Distributed Covariance Sketch, with Application to Distributed PCA
通信高效的分布式协方差草图,及其在分布式 PCA 中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Machine Learning Research
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Huang Zengfeng;Lin Xuemin;Zhang Wenjie;Zhang Ying
  • 通讯作者:
    Zhang Ying
Communication complexity of approximate maximum matching in the message-passing model
消息传递模型中近似最大匹配的通信复杂度
  • DOI:
    10.1007/s00446-020-00371-6
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Distributed Computing
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Huang Zengfeng;Radunovic Bozidar;Vojnovic Milan;Zhang Qin
  • 通讯作者:
    Zhang Qin
Efficient and High-Quality Seeded Graph Matching: Employing Higher-order Structural Information
高效、高质量的种子图匹配:采用高阶结构信息
  • DOI:
    10.1145/3442340
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACM Transactions on Knowledge Discovery from Data
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Zhang Haida;Huang Zengfeng;Lin Xuemin;Lin Zhe;Zhang Wenjie;Zhang Ying
  • 通讯作者:
    Zhang Ying

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其他文献

其他文献

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空间约束下的机器学习理论与算法
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
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    53 万元
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    面上项目

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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