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Inference in High Dimensions: Light-speed Algorithms and Information Limits

Descripción del proyecto

Desarrollar algoritmos para la inferencia de datos de alta dimensión

La avanzada tecnología informática permite recopilar y almacenar ingentes cantidades de datos. En muchas aplicaciones científicas, en las que tanto los datos como el aprendizaje automático son de alta dimensión, resulta cada vez más difícil interpretar la información y extraer inferencias precisas usando la teoría estadística convencional. Ello plantea un reto especial en las aplicaciones médicas. Para abordar este problema, el proyecto INF_2, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, pretende desarrollar un marco teórico para la inferencia de altas dimensiones en el aprendizaje automático y la ciencia de datos. Utilizando un método de campo medio, determinará los límites fundamentales, o requisitos mínimos de datos, de la inferencia e ideará algoritmos que funcionen eficazmente con la mínima cantidad de datos. A continuación, esos principios se adaptarán a aplicaciones reales en estudios de asociación de todo el genoma.

Objetivo

Extracting information from data is the key challenge of our time, and in many applications (e.g. genome-wide association studies, data compression, and virtual assistants such as ChatGPT) both the data and the machine learning model used to extract information are increasingly high-dimensional. As traditional statistical theory is ill-equipped to face this explosion in the dimensionality of the problem, machine learning is now predominantly experimental. However, empirical approaches come with huge costs affordable only to large companies, and they lack interpretability, which is especially troublesome in medical applications. To address these issues, the INF^2 project develops information-theoretically principled methods for high-dimensional inference in machine learning and data science. The key insight is that, via a “mean-field” approach, high-dimensional quantities are well approximated by low-dimensional ones and then characterized exactly. Leveraging this characterization, we will (i) establish the fundamental limits of inference, i.e. the minimal amount of data necessary to solve the problem, and (ii) design efficient algorithms requiring only the minimal amount of data. The challenge we tackle is to apply this paradigm to practical settings, in which data are structured and heterogeneous (as in genome-wide association studies), and models consist of complex architectures tailored to applications (auto-encoders for data compression, and transformers for ChatGPT). Through a novel analysis of spectral methods, approximate message passing and gradient descent, INF^2 builds a theoretical framework having conceptual impact, as well as vast applicability, in machine learning and information theory. This framework is then brought to the real world via applications in genome-wide association studies. Broadly, our results enable the principled design of machine learning algorithms and models, drastically reducing costs and providing interpretable solutions.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

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Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) ERC-2024-STG

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Institución de acogida

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AUSTRIA
Aportación neta de la UEn
€ 1 662 400,00
Dirección
Am Campus 1
3400 Klosterneuburg
Austria
Región
Ostösterreich Niederösterreich Wiener Umland/Nordteil
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 662 400,00

Beneficiarios (1)