在本文中，我们提出了FXAM（快速可解释的添加剂模型），统一和快速可解释模型的预测分析。 FXAM将GAM的（广义添加剂模型）扩展到具有统一添加剂模型的模型，用于数值，分类和时间特征。 FXAM进行一种新颖的培训程序，称为三级迭代（TSI）。三个阶段分别对应于学习数值，分类和时间特征。通过固定其他阶段的参数，每个阶段都学习本地最佳。我们设计联合学习过度学习，占时间特征的部分学习，以实现高精度和培训效率。我们证明了TSI保证融合到全球最优。我们进一步提出了一套优化技术来加速FXAM的培训算法，以满足交互式分析的需求。评估验证FXAM在训练速度和建模分类和时间特征方面显着优于现有的游戏。

在本文中，我们应对PCA：异质性的重大挑战。当从不同趋势的不同来源收集数据的同时仍具有一致性时，提取共享知识的同时保留每个来源的独特功能至关重要。为此，我们提出了个性化的PCA（PERPCA），该PCA（PERPCA）使用相互正交的全球和本地主要组件来编码唯一的和共享的功能。我们表明，在轻度条件下，即使协方差矩阵截然不同，也可以通过约束优化问题来识别和恢复独特的和共享的特征。此外，我们设计了一种完全由分布式stiefel梯度下降来解决问题的完全联合算法。该算法引入了一组新的操作，称为通用缩回，以处理正交性约束，并且仅要求跨来源共享全局PC。我们证明了在合适的假设下算法的线性收敛。全面的数值实验突出了PERPCA在特征提取和异质数据集预测方面的出色性能。作为将共享和唯一功能从异质数据集解除共享和独特功能的系统方法，PERPCA在几种任务中找到了应用程序，包括视频细分，主题提取和分布式聚类。

大多数机器学习算法由一个或多个超参数配置，必须仔细选择并且通常会影响性能。为避免耗时和不可递销的手动试验和错误过程来查找性能良好的超参数配置，可以采用各种自动超参数优化（HPO）方法，例如，基于监督机器学习的重新采样误差估计。本文介绍了HPO后，本文审查了重要的HPO方法，如网格或随机搜索，进化算法，贝叶斯优化，超带和赛车。它给出了关于进行HPO的重要选择的实用建议，包括HPO算法本身，性能评估，如何将HPO与ML管道，运行时改进和并行化结合起来。这项工作伴随着附录，其中包含关于R和Python的特定软件包的信息，以及用于特定学习算法的信息和推荐的超参数搜索空间。我们还提供笔记本电脑，这些笔记本展示了这项工作的概念作为补充文件。

我们研究了趋势过滤的多元版本，称为Kronecker趋势过滤或KTF，因为设计点以$ D $维度形成格子。 KTF是单变量趋势过滤的自然延伸（Steidl等，2006; Kim等人，2009; Tibshirani，2014），并通过最大限度地减少惩罚最小二乘问题，其罚款术语总和绝对（高阶）沿每个坐标方向估计参数的差异。相应的惩罚运算符可以编写单次趋势过滤惩罚运营商的Kronecker产品，因此名称Kronecker趋势过滤。等效，可以在$ \ ell_1 $ -penalized基础回归问题上查看KTF，其中基本功能是下降阶段函数的张量产品，是一个分段多项式（离散样条）基础，基于单变量趋势过滤。本文是Sadhanala等人的统一和延伸结果。 （2016,2017）。我们开发了一套完整的理论结果，描述了$ k \ grone 0 $和$ d \ geq 1 $的$ k ^ {\ mathrm {th}} $ over kronecker趋势过滤的行为。这揭示了许多有趣的现象，包括KTF在估计异构平滑的功能时KTF的优势，并且在$ d = 2（k + 1）$的相位过渡，一个边界过去（在高维对 - 光滑侧）线性泡沫不能完全保持一致。我们还利用Tibshirani（2020）的离散花键来利用最近的结果，特别是离散的花键插值结果，使我们能够将KTF估计扩展到恒定时间内的任何偏离晶格位置（与晶格数量的大小无关）。

近年来，随着传感器和智能设备的广泛传播，物联网（IoT）系统的数据生成速度已大大增加。在物联网系统中，必须经常处理，转换和分析大量数据，以实现各种物联网服务和功能。机器学习（ML）方法已显示出其物联网数据分析的能力。但是，将ML模型应用于物联网数据分析任务仍然面临许多困难和挑战，特别是有效的模型选择，设计/调整和更新，这给经验丰富的数据科学家带来了巨大的需求。此外，物联网数据的动态性质可能引入概念漂移问题，从而导致模型性能降解。为了减少人类的努力，自动化机器学习（AUTOML）已成为一个流行的领域，旨在自动选择，构建，调整和更新机器学习模型，以在指定任务上实现最佳性能。在本文中，我们对Automl区域中模型选择，调整和更新过程中的现有方法进行了审查，以识别和总结将ML算法应用于IoT数据分析的每个步骤的最佳解决方案。为了证明我们的发现并帮助工业用户和研究人员更好地实施汽车方法，在这项工作中提出了将汽车应用于IoT异常检测问题的案例研究。最后，我们讨论并分类了该领域的挑战和研究方向。

许多现代数据集，从神经影像和地统计数据等领域都以张量数据的随机样本的形式来说，这可以被理解为对光滑的多维随机功能的嘈杂观察。来自功能数据分析的大多数传统技术被维度的诅咒困扰，并且随着域的尺寸增加而迅速变得棘手。在本文中，我们提出了一种学习从多维功能数据样本的持续陈述的框架，这些功能是免受诅咒的几种表现形式的。这些表示由一组可分离的基函数构造，该函数被定义为最佳地适应数据。我们表明，通过仔细定义的数据的仔细定义的减少转换的张测仪分解可以有效地解决所得到的估计问题。使用基于差分运算符的惩罚，并入粗糙的正则化。也建立了相关的理论性质。在模拟研究中证明了我们对竞争方法的方法的优点。我们在神经影像动物中得出真正的数据应用。

我们引入了一种新颖的方式，将增强功能与高斯工艺和混合效应模型相结合。首先，在高斯过程中先前的平均函数的零或线性假设可以放松，并以灵活的非参数方式分组随机效应模型，其次，第二个在大多数增强算法中做出的独立性假设。前者有利于预测准确性和避免模型错误。后者对于有效学习固定效应预测函数和获得概率预测很重要。我们提出的算法也是用于处理培养树木中高心电图分类变量的新颖解决方案。此外，我们提出了一个扩展名，该扩展是使用维奇亚近似为高斯工艺模型缩放到大数据的，该模型依靠新的结果进行协方差参数推断。与几个模拟和现实世界数据集的现有方法相比，我们获得了提高的预测准确性。

Decision-making problems are commonly formulated as optimization problems, which are then solved to make optimal decisions. In this work, we consider the inverse problem where we use prior decision data to uncover the underlying decision-making process in the form of a mathematical optimization model. This statistical learning problem is referred to as data-driven inverse optimization. We focus on problems where the underlying decision-making process is modeled as a convex optimization problem whose parameters are unknown. We formulate the inverse optimization problem as a bilevel program and propose an efficient block coordinate descent-based algorithm to solve large problem instances. Numerical experiments on synthetic datasets demonstrate the computational advantage of our method compared to standard commercial solvers. Moreover, the real-world utility of the proposed approach is highlighted through two realistic case studies in which we consider estimating risk preferences and learning local constraint parameters of agents in a multiplayer Nash bargaining game.

在本文中，我们利用过度参数化来设计高维单索索引模型的无规矩算法，并为诱导的隐式正则化现象提供理论保证。具体而言，我们研究了链路功能是非线性且未知的矢量和矩阵单索引模型，信号参数是稀疏向量或低秩对称矩阵，并且响应变量可以是重尾的。为了更好地理解隐含正规化的角色而没有过度的技术性，我们假设协变量的分布是先验的。对于载体和矩阵设置，我们通过采用分数函数变换和专为重尾数据的强大截断步骤来构造过度参数化最小二乘损耗功能。我们建议通过将无规则化的梯度下降应用于损耗函数来估计真实参数。当初始化接近原点并且步骤中足够小时，我们证明了所获得的解决方案在载体和矩阵案件中实现了最小的收敛统计速率。此外，我们的实验结果支持我们的理论调查结果，并表明我们的方法在$ \ ell_2 $ -staticatisticated率和变量选择一致性方面具有明确的正则化的经验卓越。

在许多学科中，动态系统的数据信息预测模型的开发引起了广泛的兴趣。我们提出了一个统一的框架，用于混合机械和机器学习方法，以从嘈杂和部分观察到的数据中识别动态系统。我们将纯数据驱动的学习与混合模型进行比较，这些学习结合了不完善的域知识。我们的公式与所选的机器学习模型不可知，在连续和离散的时间设置中都呈现，并且与表现出很大的内存和错误的模型误差兼容。首先，我们从学习理论的角度研究无内存线性（W.R.T.参数依赖性）模型误差，从而定义了过多的风险和概括误差。对于沿阵行的连续时间系统，我们证明，多余的风险和泛化误差都通过与T的正方形介于T的术语（指定训练数据的时间间隔）的术语界定。其次，我们研究了通过记忆建模而受益的方案，证明了两类连续时间复发性神经网络（RNN）的通用近似定理：两者都可以学习与内存有关的模型误差。此外，我们将一类RNN连接到储层计算，从而将学习依赖性错误的学习与使用随机特征在Banach空间之间进行监督学习的最新工作联系起来。给出了数值结果（Lorenz '63，Lorenz '96多尺度系统），以比较纯粹的数据驱动和混合方法，发现混合方法较少，渴望数据较少，并且更有效。最后，我们从数值上证明了如何利用数据同化来从嘈杂，部分观察到的数据中学习隐藏的动态，并说明了通过这种方法和培训此类模型来表示记忆的挑战。

Multi-label classification is becoming increasingly ubiquitous, but not much attention has been paid to interpretability. In this paper, we develop a multi-label classifier that can be represented as a concise set of simple "if-then" rules, and thus, it offers better interpretability compared to black-box models. Notably, our method is able to find a small set of relevant patterns that lead to accurate multi-label classification, while existing rule-based classifiers are myopic and wasteful in searching rules,requiring a large number of rules to achieve high accuracy. In particular, we formulate the problem of choosing multi-label rules to maximize a target function, which considers not only discrimination ability with respect to labels, but also diversity. Accounting for diversity helps to avoid redundancy, and thus, to control the number of rules in the solution set. To tackle the said maximization problem we propose a 2-approximation algorithm, which relies on a novel technique to sample high-quality rules. In addition to our theoretical analysis, we provide a thorough experimental evaluation, which indicates that our approach offers a trade-off between predictive performance and interpretability that is unmatched in previous work.

即使机器学习算法已经在数据科学中发挥了重要作用，但许多当前方法对输入数据提出了不现实的假设。由于不兼容的数据格式，或数据集中的异质，分层或完全缺少的数据片段，因此很难应用此类方法。作为解决方案，我们提出了一个用于样本表示，模型定义和培训的多功能，统一的框架，称为“ Hmill”。我们深入审查框架构建和扩展的机器学习的多个范围范式。从理论上讲，为HMILL的关键组件的设计合理，我们将通用近似定理的扩展显示到框架中实现的模型所实现的所有功能的集合。本文还包含有关我们实施中技术和绩效改进的详细讨论，该讨论将在MIT许可下发布供下载。该框架的主要资产是其灵活性，它可以通过相同的工具对不同的现实世界数据源进行建模。除了单独观察到每个对象的一组属性的标准设置外，我们解释了如何在框架中实现表示整个对象系统的图表中的消息推断。为了支持我们的主张，我们使用框架解决了网络安全域的三个不同问题。第一种用例涉及来自原始网络观察结果的IoT设备识别。在第二个问题中，我们研究了如何使用以有向图表示的操作系统的快照可以对恶意二进制文件进行分类。最后提供的示例是通过网络中实体之间建模域黑名单扩展的任务。在所有三个问题中，基于建议的框架的解决方案可实现与专业方法相当的性能。

有效的决策需要了解预测中固有的不确定性。在回归中，这种不确定性可以通过各种方法估算;然而，许多这些方法对调谐进行费力，产生过度自确性的不确定性间隔，或缺乏敏锐度（给予不精确的间隔）。我们通过提出一种通过定义具有两个不同损失功能的神经网络来捕获回归中的预测分布的新方法来解决这些挑战。具体地，一个网络近似于累积分布函数，第二网络近似于其逆。我们将此方法称为合作网络（CN）。理论分析表明，优化的固定点处于理想化的解决方案，并且该方法是渐近的与地面真理分布一致。凭经验，学习是简单且强大的。我们基准CN对两个合成和六个现实世界数据集的几种常见方法，包括预测来自电子健康记录的糖尿病患者的A1C值，其中不确定是至关重要的。在合成数据中，所提出的方法与基本上匹配地面真理。在真实世界数据集中，CN提高了许多性能度量的结果，包括对数似然估计，平均误差，覆盖估计和预测间隔宽度。

贝叶斯后期和模型证据的计算通常需要数值整合。贝叶斯正交（BQ）是一种基于替代模型的数值整合方法，能够具有出色的样品效率，但其缺乏并行化阻碍了其实际应用。在这项工作中，我们提出了一种并行的（批次）BQ方法，该方法采用了核正素的技术，该技术具有证明是指数的收敛速率。另外，与嵌套采样一样，我们的方法允许同时推断后期和模型证据。重新选择了来自BQ替代模型的样品，通过内核重组算法获得一组稀疏的样品，需要可忽略的额外时间来增加批处理大小。从经验上讲，我们发现我们的方法显着优于在包括锂离子电池分析在内的各种现实世界数据集中，最先进的BQ技术和嵌套采样的采样效率。

我们研究了估计回归函数的导数的问题，该函数的衍生物具有广泛的应用，作为未知函数的关键非参数功能。标准分析可以定制为特定的衍生订单，参数调整仍然是一个艰巨的挑战，尤其是对于高阶导数。在本文中，我们提出了一个简单的插入式内核脊回归（KRR）估计器，其非参数回归中具有随机设计，该设计广泛适用于多维支持和任意混合派生衍生物。我们提供了非反应分析，以统一的方式研究提出的估计量的行为，该估计量涵盖回归函数及其衍生物，从而在强$ l_ \ infty $ norm中导致一般核类中的一般内核的两个误差范围。在专门针对多个多项式衰减特征值核的具体示例中，提出的估计器将最小值的最佳速率恢复到估计H \ h \ offormions ofergarithmic因子的最佳速率。因此，在任何衍生词的顺序中都选择了调整参数。因此，提出的估计器享受\ textIt {插件属性}的衍生物，因为它会自动适应要估计的衍生物顺序，从而可以轻松地在实践中调整。我们的仿真研究表明，相对于几种现有方法蓝色的几种现有方法的有限样本性能有限，并证实了其最小值最优性的理论发现。

我们考虑具有稀疏限制的缓慢变化回归模型中参数估计问题。我们将问题标制作混合整数优化问题，并证明可以通过新颖的精确放松来完全作为二元凸优化问题的重整。放松利用摩洛队的逆转录的新平等渗透了非凸面目标函数，同时与所有可行的二进制点上的原始目标重合。这使我们能够通过切割平面型算法更有效地更有效地解决问题并以优化的优化。我们开发了一种高度优化的这种算法的实现，这基本上提高了直接实现的渐近计算复杂性。我们进一步开发了一种启发式方法，保证生产可行的解决方案，并且正如我们经验说明的那样，为二进制优化问题产生高质量的热启动解决方案。我们在合成和现实世界数据集上展示了所得算法优于各种度量的可比时期的竞争配方，包括采样超出预测性能，支持恢复精度和假阳性率。该算法使我们能够培训具有10,000个参数的模型，对噪声具有鲁棒，并且能够有效地捕获数据生成过程的潜在缓慢改变支持。

Sparse reduced rank regression is an essential statistical learning method. In the contemporary literature, estimation is typically formulated as a nonconvex optimization that often yields to a local optimum in numerical computation. Yet, their theoretical analysis is always centered on the global optimum, resulting in a discrepancy between the statistical guarantee and the numerical computation. In this research, we offer a new algorithm to address the problem and establish an almost optimal rate for the algorithmic solution. We also demonstrate that the algorithm achieves the estimation with a polynomial number of iterations. In addition, we present a generalized information criterion to simultaneously ensure the consistency of support set recovery and rank estimation. Under the proposed criterion, we show that our algorithm can achieve the oracle reduced rank estimation with a significant probability. The numerical studies and an application in the ovarian cancer genetic data demonstrate the effectiveness and scalability of our approach.

我们考虑将矢量时间序列信号分解为具有不同特征（例如平滑，周期性，非负或稀疏）的组件的充分研究的问题。我们描述了一个简单而通用的框架，其中组件由损耗函数（包括约束）定义，并通过最大程度地减少组件损耗之和（受约束）来执行信号分解。当每个损耗函数是信号分量密度的负模样时，该框架与最大后验概率（MAP）估计相吻合；但这也包括许多其他有趣的案例。总结和澄清先前的结果，我们提供了两种分布式优化方法来计算分解，当组件类损失函数是凸的时，它们找到了最佳分解，并且在没有时是良好的启发式方法。两种方法都仅需要每个组件损耗函数的掩盖近端操作员，这是对其参数中缺少条目的众所周知近端操作员的概括。两种方法均分布，即分别处理每个组件。我们得出可拖动的方法来评估某些损失函数的掩盖近端操作员，据我们所知，这些损失函数尚未出现在文献中。

现代高维方法经常采用“休稀稀物”的原则，而在监督多元学习统计学中可能面临着大量非零系数的“密集”问题。本文提出了一种新的聚类减少秩（CRL）框架，其施加了两个联合矩阵规范化，以自动分组构建预测因素的特征。 CRL比低级别建模更具可解释，并放松变量选择中的严格稀疏假设。在本文中，提出了新的信息 - 理论限制，揭示了寻求集群的内在成本，以及多元学习中的维度的祝福。此外，开发了一种有效的优化算法，其执行子空间学习和具有保证融合的聚类。所获得的定点估计器虽然不一定是全局最佳的，但在某些规则条件下享有超出标准似然设置的所需的统计准确性。此外，提出了一种新的信息标准，以及其无垢形式，用于集群和秩选择，并且具有严格的理论支持，而不假设无限的样本大小。广泛的模拟和实数据实验证明了所提出的方法的统计准确性和可解释性。

In time series forecasting, decomposition-based algorithms break aggregate data into meaningful components and are therefore appreciated for their particular advantages in interpretability. Recent algorithms often combine machine learning (hereafter ML) methodology with decomposition to improve prediction accuracy. However, incorporating ML is generally considered to sacrifice interpretability inevitably. In addition, existing hybrid algorithms usually rely on theoretical models with statistical assumptions and focus only on the accuracy of aggregate predictions, and thus suffer from accuracy problems, especially in component estimates. In response to the above issues, this research explores the possibility of improving accuracy without losing interpretability in time series forecasting. We first quantitatively define interpretability for data-driven forecasts and systematically review the existing forecasting algorithms from the perspective of interpretability. Accordingly, we propose the W-R algorithm, a hybrid algorithm that combines decomposition and ML from a novel perspective. Specifically, the W-R algorithm replaces the standard additive combination function with a weighted variant and uses ML to modify the estimates of all components simultaneously. We mathematically analyze the theoretical basis of the algorithm and validate its performance through extensive numerical experiments. In general, the W-R algorithm outperforms all decomposition-based and ML benchmarks. Based on P50_QL, the algorithm relatively improves by 8.76% in accuracy on the practical sales forecasts of JD.com and 77.99% on a public dataset of electricity loads. This research offers an innovative perspective to combine the statistical and ML algorithms, and JD.com has implemented the W-R algorithm to make accurate sales predictions and guide its marketing activities.