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Enregistrement W4407462795 · doi:10.1109/tit.2025.3541375

On <i>k</i>-Mer-Based and Maximum Likelihood Estimation Algorithms for Trace Reconstruction

2025· article· en· W4407462795 sur OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Information Theory · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueImage Processing and 3D Reconstruction
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesNational Natural Science Foundation of China
Mots-clésAlgorithmMaximum likelihoodTRACE (psycholinguistics)Computer scienceMaximum likelihood sequence estimationEstimation theoryMathematicsStatistics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The goal of the trace reconstruction problem is to recover a string <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$\mathbf {x}\in \{0,1\}^{n}$ </tex-math></inline-formula> given many independent <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">traces</i> of <bold xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">x</b>, where a trace is a subsequence obtained from deleting bits of <bold xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">x</b> independently with some given probability <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$p\in [0,1$ </tex-math></inline-formula>). A recent result of Chase (STOC 2021) shows how <bold xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">x</b> can be determined (in exponential time) from <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$\exp ({O}(n^{1/5})\log ^{5} n)$ </tex-math></inline-formula> traces. This is the state-of-the-art result on the sample complexity of trace reconstruction. In this paper we consider two kinds of algorithms for the trace reconstruction problem. We first observe that the bound of Chase, which is based on statistics of arbitrary length-<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">k</i> subsequences, can also be obtained by considering the “<italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">k</i>-mer statistics”, i.e., statistics regarding occurrences of <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">contiguous k</i>-bit strings (a.k.a, <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">k-mers</i>) in the initial string <bold xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">x</b>, for <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$k = 2n^{1/5}$ </tex-math></inline-formula>. Mazooji and Shomorony (arXiv.2210.10917) show that such statistics (called <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">k</i>-mer density map) can be estimated within <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$\varepsilon $ </tex-math></inline-formula> accuracy from <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$ {\mathrm {poly}} (n, 2^{k}, 1/ {\varepsilon })$ </tex-math></inline-formula> traces. We call an algorithm to be <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">k-mer-based</i> if it reconstructs <bold xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">x</b> given estimates of the <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">k</i>-mer density map. Such algorithms essentially capture all the analyses in the worst-case and smoothed-complexity models of the trace reconstruction problem we know of so far. Our first, and technically more involved, result shows that any <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">k</i>-mer-based algorithm for trace reconstruction must use <inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$\exp (\Omega (n^{1/5} \sqrt {\log n}))$ </tex-math></inline-formula> traces, thus establishing the optimality of this number of traces. The analysis of this result also shows that the analysis technique used by Chase (STOC 2021) is essentially tight, and hence new techniques are needed in order to improve the worst-case upper bound. This result is shown by considering an appropriate class of real polynomials, that have been previously studied in the context of trace estimation (De, O’Donnell, Servedio. Annals of Probability 2019; Nazarov, Peres. STOC 2017), and proving that two of these polynomials are very close to each other on an arc in the complex plane. Our proof of the proximity of such polynomials uses new technical ingredients that allow us to focus on just a few coefficients of these polynomials. Our second, simple, result considers the performance of the Maximum Likelihood Estimator (MLE), which specifically picks the source string that has the maximum likelihood to generate the samples (traces). We show that the MLE algorithm uses a nearly optimal number of traces, i.e., up to a factor of <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">n</i> in the number of samples needed for an optimal algorithm, and show that this factor of <italic xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">n</i> loss may be necessary under general “model estimation” settings.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Autre devis · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,976
Score d'incertitude au seuil0,672

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0000,002
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,007
Tête enseignante GPT0,235
Écart entre enseignants0,228 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle