机器学习的进展使得可以预测免疫系统对预防性和治疗疫苗的反应。但是，设计疫苗的工程任务仍然是一个挑战。特别是，人类免疫系统的遗传变异性使设计肽疫苗很难在接种疫苗的种群中提供广泛的免疫力。我们介绍了一个用于评估和设计使用概率机器学习模型的肽疫苗的框架，并展示了其为SARS-COV-2疫苗生产设计的能力，该疫苗的表现优于先前的设计。我们提供了框架的近似性，可扩展性和复杂性的理论分析。

Models for the processes by which ideas and influence propagate through a social network have been studied in a number of domains, including the diffusion of medical and technological innovations, the sudden and widespread adoption of various strategies in game-theoretic settings, and the effects of "word of mouth" in the promotion of new products. Motivated by the design of viral marketing strategies, Domingos and Richardson posed a fundamental algorithmic problem for such social network processes: if we can try to convince a subset of individuals to adopt a new product or innovation, and the goal is to trigger a large cascade of further adoptions, which set of individuals should we target?We consider this problem in several of the most widely studied models in social network analysis. The optimization problem of selecting the most influential nodes is NP-hard here. The two conference papers upon which this article is based (KDD 2003 and ICALP 2005) provide the first provable approximation guarantees for efficient algorithms. Using an The present article is an expanded version of two conference papers [51,52], which appeared in KDD 2003 and ICALP 2005, respectively.

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.

A flexible method is developed to construct a confidence interval for the frequency of a queried object in a very large data set, based on a much smaller sketch of the data. The approach requires no knowledge of the data distribution or of the details of the sketching algorithm; instead, it constructs provably valid frequentist confidence intervals for random queries using a conformal inference approach. After achieving marginal coverage for random queries under the assumption of data exchangeability, the proposed method is extended to provide stronger inferences accounting for possibly heterogeneous frequencies of different random queries, redundant queries, and distribution shifts. While the presented methods are broadly applicable, this paper focuses on use cases involving the count-min sketch algorithm and a non-linear variation thereof, to facilitate comparison to prior work. In particular, the developed methods are compared empirically to frequentist and Bayesian alternatives, through simulations and experiments with data sets of SARS-CoV-2 DNA sequences and classic English literature.

Pearl's Do Colculus是一种完整的公理方法，可以从观察数据中学习可识别的因果效应。如果无法识别这种效果，则有必要在系统中执行经常昂贵的干预措施以学习因果效应。在这项工作中，我们考虑了设计干预措施以最低成本来确定所需效果的问题。首先，我们证明了这个问题是NP-HARD，随后提出了一种可以找到最佳解或对数因子近似值的算法。这是通过在我们的问题和最小击球设置问题之间建立联系来完成的。此外，我们提出了几种多项式启发式算法来解决问题的计算复杂性。尽管这些算法可能会偶然发现亚最佳解决方案，但我们的模拟表明它们在随机图上产生了小的遗憾。

现在通常用于高风险设置，如医疗诊断，如医疗诊断，那么需要不确定量化，以避免后续模型失败。无分发的不确定性量化（无分布UQ）是用户友好的范式，用于为这种预测创建统计上严格的置信区间/集合。批判性地，间隔/集合有效而不进行分布假设或模型假设，即使具有最多许多DataPoints也具有显式保证。此外，它们适应输入的难度;当输入示例很困难时，不确定性间隔/集很大，信号传达模型可能是错误的。在没有多大的工作和没有再培训的情况下，可以在任何潜在的算法（例如神经网络）上使用无分​​发方法，以产生置信度集，以便包含用户指定概率，例如90％。实际上，这些方法易于理解和一般，应用于计算机视觉，自然语言处理，深度加强学习等领域出现的许多现代预测问题。这种实践介绍是针对对无需统计学家的免费UQ的实际实施感兴趣的读者。我们通过实际的理论和无分发UQ的应用领导读者，从保形预测开始，并使无关的任何风险的分布控制，如虚假发现率，假阳性分布检测，等等。我们将包括Python中的许多解释性插图，示例和代码样本，具有Pytorch语法。目标是提供读者对无分配UQ的工作理解，使它们能够将置信间隔放在算法上，其中包含一个自包含的文档。

K-MEDIAN和K-MEACE是聚类算法的两个最受欢迎的目标。尽管有密集的努力，但对这些目标的近似性很好地了解，特别是在$ \ ell_p $ -metrics中，仍然是一个重大的开放问题。在本文中，我们在$ \ ell_p $ -metrics中显着提高了文献中已知的近似因素的硬度。我们介绍了一个名为Johnson覆盖假说（JCH）的新假设，这大致断言设定系统上的良好的Max K-Coverage问题难以近似于1-1 / e，即使是成员图形设置系统是Johnson图的子图。然后，我们展示了Cohen-Addad和Karthik引入的嵌入技术的概括（Focs'19），JCH意味着K-MEDIAN和K-MERION在$ \ ell_p $ -metrics中的近似结果的近似值的硬度为近距离对于一般指标获得的人。特别地，假设JCH我们表明很难近似K-Meator目标：$ \ Bullet $离散情况：$ \ ell_1 $ 3.94 - $ \ ell_2中的1.73因素为1.73倍$$ - 这分别在UGC下获得了1.56和1.17的先前因子。 $ \ bullet $持续案例：$ \ ell_1 $ 2210 - $ \ ell_2 $的$ \ ell_1 $ 210。$ \ ell_2 $-metric;这在UGC下获得的$ \ ell_2 $的$ \ ell_2 $的先前因子提高了1.07。对于K-Median目标，我们还获得了类似的改进。此外，我们使用Dinure等人的工作证明了JCH的弱版本。 （Sicomp'05）在超图顶点封面上，恢复Cohen-Addad和Karthik（Focs'19 Focs'19）上面的所有结果（近）相同的不可识别因素，但现在在标准的NP $ \ NEQ $ P假设下（代替UGC）。

在进化计算中使用非豁免主义时的一个希望是放弃当前最佳解决方案的能力，艾滋病们离开本地最佳效果。为了提高我们对这种机制的理解，我们对基本的非精英进化算法（EA），$（\ mu，\ lambda）$ ea进行严格的运行时分析，在最基本的基准函数上，具有本地最佳的基本基准函数跳跃功能。我们证明，对于参数和问题的所有合理值，$（\ mu，\ lambda）$ ~ea的预期运行时间除了下订单条款之外，至少与其Elitist对应的预期运行时间，$（\ mu + \ lambda）$〜ea（我们对跳转功能进行第一个运行时分析以允许此比较）。因此，$（\ mu，\ lambda）$ ~ea将本地最优方式留给劣质解决方案的能力不会导致运行时优势。我们补充了这个下限的下限，即对于参数的广泛范围，与我们的下限不同，与下顺序不同。这是一个在多模态问题上的非精英算法的第一个运行时结果，除了下订单术语。

个人概率是指仅实现一次的结果的概率：明天下雨的可能性，爱丽丝在未来12个月内死亡的可能性，鲍勃在未来18个月内因暴力犯罪而被捕的可能性等等。个人概率从根本上是不可知的。但是，我们表明，有两个在数据分发中的数据或如何从数据分发中进行采样的当事方不同意在如何建模个人概率上不同意。这是因为实质上不同意的任何两个模型的个人概率模型都可以用来凭经验伪造和改善两个模型之一。在“和解”过程中，这可以有效地迭代，该过程导致双方同意的模型优于他们开始的模型，并且（几乎）本身（几乎）都同意了各个概率（几乎）到处的预测。我们得出的结论是，尽管个人概率是不可知的，但它们是通过必须导致共识的计算和数据有效过程来竞争的。因此，我们无法发现自己​​有两个同样准确且不可解决的模型，这些模型在其预测中基本上不同意 - 为有时所谓的预测性或模型多样性问题提供答案。

在机器学习中最大化的是一项基本任务，在本文中，我们研究了经典的Matroid约束下的删除功能强大版本。在这里，目标是提取数据集的小尺寸摘要，即使在对手删除了一些元素之后，该数据集包含高价值独立集。我们提出了恒定因素近似算法，其空间复杂性取决于矩阵的等级$ k $和已删除元素的数字$ d $。在集中式设置中，我们提出$（4.597+o（\ varepsilon））$ - 近似算法，带有摘要大小$ o（\ frac {k+d} {\ varepsilon^2} \ log \ log \ frac \ frac {k} }）$将$（3.582 + o（\ varepsilon））$（k + \ frac {d} {\ varepsilon^2} \ log \ frac {k} {k} {\ varepsilon}） $摘要大小是单调的。在流设置中，我们提供$（9.435 + o（\ varepsilon））$ - 带有摘要大小和内存$ o的近似算法$（k + \ frac {d} {\ varepsilon^2} \ log \ log \ frac {k} {k} {k} {k} {k} {k} { \ varepsilon}）$;然后，将近似因子提高到单调盒中的$（5.582+o（\ varepsilon））$。

算法配置（AC）与对参数化算法最合适的参数配置的自动搜索有关。目前，文献中提出了各种各样的交流问题变体和方法。现有评论没有考虑到AC问题的所有衍生物，也没有提供完整的分类计划。为此，我们引入分类法以分别描述配置方法的交流问题和特征。我们回顾了分类法的镜头中现有的AC文献，概述相关的配置方法的设计选择，对比方法和问题变体相互对立，并描述行业中的AC状态。最后，我们的评论为研究人员和从业人员提供了AC领域的未来研究方向。

Evolutionary algorithms (EAs) are general-purpose optimization algorithms, inspired by natural evolution. Recent theoretical studies have shown that EAs can achieve good approximation guarantees for solving the problem classes of submodular optimization, which have a wide range of applications, such as maximum coverage, sparse regression, influence maximization, document summarization and sensor placement, just to name a few. Though they have provided some theoretical explanation for the general-purpose nature of EAs, the considered submodular objective functions are defined only over sets or multisets. To complement this line of research, this paper studies the problem class of maximizing monotone submodular functions over sequences, where the objective function depends on the order of items. We prove that for each kind of previously studied monotone submodular objective functions over sequences, i.e., prefix monotone submodular functions, weakly monotone and strongly submodular functions, and DAG monotone submodular functions, a simple multi-objective EA, i.e., GSEMO, can always reach or improve the best known approximation guarantee after running polynomial time in expectation. Note that these best-known approximation guarantees can be obtained only by different greedy-style algorithms before. Empirical studies on various applications, e.g., accomplishing tasks, maximizing information gain, search-and-tracking and recommender systems, show the excellent performance of the GSEMO.

因果结构学习是许多领域的关键问题。通过对感兴趣系统进行实验来学习因果结构。我们解决了设计一批实验的主要原因，每个实验中同时干预多个变量。虽然可能比常用的单变干预措施更具信息丰富，但选择这种干预措施是更具挑战性的，这是由于复合干预措施的双指数组合搜索空间。在本文中，我们开发有效的算法，以优化量化预算限制批次实验的信息性的不同目标函数。通过建立这些目标的新型子模具性质，我们为我们的算法提供近似保证。我们的算法经验上优于随机干预和算法，只能选择单变化干预。

我们研究了小组测试问题，其目标是根据合并测试的结果，确定一组k感染的人，这些k含有稀有疾病，这些人在经过测试中至少有一个受感染的个体时返回阳性的结果。团体。我们考虑将个人分配给测试的两个不同的简单随机过程：恒定柱设计和伯努利设计。我们的第一组结果涉及基本统计限制。对于恒定柱设计，我们给出了一个新的信息理论下限，这意味着正确识别的感染者的比例在测试数量越过特定阈值时会经历急剧的“全或全或无所不包”的相变。对于Bernoulli设计，我们确定解决相关检测问题所需的确切测试数量（目的是区分小组测试实例和纯噪声），改善Truong，Aldridge和Scarlett的上限和下限（2020）。对于两个小组测试模型，我们还研究了计算有效（多项式时间）推理程序的能力。我们确定了解决检测问题的低度多项式算法所需的精确测试数量。这为在少量稀疏度的检测和恢复问题中都存在固有的计算统计差距提供了证据。值得注意的是，我们的证据与Iliopoulos和Zadik（2021）相反，后者预测了Bernoulli设计中没有计算统计差距。

共同进化算法具有广泛的应用程序，例如硬件设计，棋盘游戏策略的演变以及修补软件错误。但是，这些算法知之甚少，并且应用通常受到病理行为的限制，例如梯度丧失，相对过度归纳化和平庸的客观性停滞。开发一种可以预测共同进化算法有效和可靠的解决方案的理论是一个开放的挑战。本文为开发基于人群的竞争共同进化算法的运行时分析提供了第一步。我们提供了一个数学框架，用于描述和推理共同进化过程的性能。框架的示例应用显示了一个方案，其中简单的共同进化算法在多项式预期时间中获得了解决方案。最后，我们描述了共同进化算法需要指数时间的设置，并以压倒性的高可能性获得解决方案。

这项研究研究了在美国国税局（IRS）为税收审计选择的系统中，算法公平性问题。尽管算法公平的领域主要围绕着像个人一样对待的概念发展，但我们却探索了垂直平等的概念 - 适当地考虑到个人之间的相关差异 - 这在许多公共政策环境中都是公平性的核心组成部分。应用于美国个人所得税体系的设计，垂直权益与不同收入水平的纳税人之间的税收和执法负担的公平分配有关。通过与财政部和国税局的独特合作，我们使用匿名个人纳税人微型数据，风险选择的审计以及2010 - 14年度的随机审计来研究税务管理的垂直平等。特别是，我们评估了现代机器学习方法选择审核的使用如何影响垂直权益。首先，我们展示了更灵活的机器学习（分类）方法（而不是简单的模型）如何将审计负担从高收入纳税人转移到中等收入纳税人。其次，我们表明，尽管现有的算法公平技术可以减轻跨收入的某些差异，但它们可能会造成巨大的绩效成本。第三，我们表明，是否将低报告的风险视为分类或回归问题的选择是高度的。从分类转变为回归模型，以预测不足的审计转变会大大向高收入个人转移，同时增加收入。最后，我们探讨了差异审计成本在塑造审计分配中的作用。我们表明，对回报的狭窄关注会破坏垂直权益。我们的结果对整个公共部门的算法工具的设计具有影响。

Arthur和Vassilvitskii的著名$ K $ -MEANS ++算法[SODA 2007]是解决实践中$ K $ - 英镑问题的最流行方式。该算法非常简单：它以随机的方式均匀地对第一个中心进行采样，然后始终将每个$ K-1 $中心的中心取样与迄今为止最接近最接近中心的平方距离成比例。之后，运行了劳埃德的迭代算法。已知$ k $ -Means ++算法可以返回预期的$ \ theta（\ log K）$近似解决方案。在他们的开创性工作中，Arthur和Vassilvitskii [Soda 2007]询问了其以下\ emph {greedy}的保证：在每一步中，我们采样了$ \ ell $候选中心，而不是一个，然后选择最小化新的中心成本。这也是$ k $ -Means ++在例如中实现的方式。流行的Scikit-Learn库[Pedregosa等人； JMLR 2011]。我们为贪婪的$ k $ -Means ++提供几乎匹配的下限和上限：我们证明它是$ o（\ ell^3 \ log^3 k）$ - 近似算法。另一方面，我们证明了$ \ omega的下限（\ ell^3 \ log^3 k / \ log^2（\ ell \ log k））$。以前，只有$ \ omega（\ ell \ log k）$下限是已知的[bhattacharya，eube，r \“ ogllin，schmidt; esa 2020），并且没有已知的上限。

我们研究动态算法，以便在$ N $插入和删除流中最大化单调子模块功能的问题。我们显示任何维护$（0.5+ epsilon）$ - 在基数约束下的近似解决方案的算法，对于任何常数$ \ epsilon> 0 $，必须具有$ \ mathit {polynomial} $的摊销查询复杂性$ n $。此外，需要线性摊销查询复杂性，以维持0.584美元 - 批量的解决方案。这与近期[LMNF + 20，MON20]的最近动态算法相比，达到$（0.5- \ epsilon）$ - 近似值，与$ \ mathsf {poly} \ log（n）$摊销查询复杂性。在正面，当流是仅插入的时候，我们在基数约束下的问题和近似的Matroid约束下提供有效的算法，近似保证$ 1-1 / e-\ epsilon $和摊销查询复杂性$ \ smash {o （\ log（k / \ epsilon）/ \ epsilon ^ 2）} $和$ \ smash {k ^ {\ tilde {o}（1 / \ epsilon ^ 2）} \ log n} $，其中$ k $表示基数参数或Matroid的等级。

我们介绍了学习然后测试，校准机器学习模型的框架，使其预测满足明确的，有限样本统计保证，无论底层模型如何和（未知）数据生成分布。框架地址，以及在其他示例中，在多标签分类中的错误发现速率控制，在实例分割中交叉联盟控制，以及同时控制分类或回归中的异常检测和置信度覆盖的类型误差。为实现这一目标，我们解决了一个关键的技术挑战：控制不一定单调的任意风险。我们的主要洞察力是将风险控制问题重新构建为多个假设检测，使技术和数学论据不同于先前文献中的技术。我们使用我们的框架为多个核心机器学习任务提供新的校准方法，在计算机视觉中具有详细的工作示例。

我们介绍了强大的子组发现的问题，即，找到一个关于一个或多个目标属性的脱颖而出的子集的一组可解释的描述，2）是统计上的鲁棒，并且3）非冗余。许多尝试已经挖掘了局部强壮的子组或解决模式爆炸，但我们是第一个从全球建模角度同时解决这两个挑战的爆炸。首先，我们制定广泛的模型类别的子组列表，即订购的子组，可以组成的单次组和多变量目标，该目标可以由标称或数字变量组成，并且包括其定义中的传统Top-1子组发现。这种新颖的模型类允许我们使用最小描述长度（MDL）原理来形式地形化最佳强大的子组发现，在那里我们分别为标称和数字目标的最佳归一化最大可能性和贝叶斯编码而度假。其次，正如查找最佳子组列表都是NP-Hard，我们提出了SSD ++，一个贪婪的启发式，找到了很好的子组列表，并保证了根据MDL标准的最重要的子组在每次迭代中添加，这被显示为等同于贝叶斯一个样本比例，多项式或子组之间的多项式或T检验，以及数据集边际目标分布以及多假设检测罚款。我们经验上显示了54个数据集，即SSD ++优于先前的子组设置发现方法和子组列表大小。