{"id":1968,"date":"2024-12-02T18:21:11","date_gmt":"2024-12-02T18:21:11","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/?p=1968"},"modified":"2024-12-02T18:55:55","modified_gmt":"2024-12-02T18:55:55","slug":"randomized-kaczmarz-is-asympotically-unbiased-for-least-squares","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2024\/12\/02\/randomized-kaczmarz-is-asympotically-unbiased-for-least-squares\/","title":{"rendered":"Randomized Kaczmarz is Asympotically Unbiased for Least Squares"},"content":{"rendered":"\n<p>I am delighted to share that my paper <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2411.19877\"><em>Randomized Kaczmarz with tail averaging<\/em><\/a>, joint with <a href=\"https:\/\/ggoldshlager.com\">Gil Goldshlager<\/a> and <a href=\"https:\/\/sites.google.com\/ucsd.edu\/rwebber\/\">Rob Webber<\/a>, has been posted to arXiv. This paper in particular really benefited from a lot of feedback from discussions with friends, colleagues, and experts, and I\u2019d like to thank everyone who gave us feedback on this paper.<\/p>\n\n\n\n<p>In this post, I want to provide a different and complementary perspective on the results of this paper, and provide some more elementary results and derivations that didn\u2019t make the main paper.<\/p>\n\n\n\n<p>The <a href=\"https:\/\/www.math.ucdavis.edu\/~strohmer\/courses\/270\/kaczmarz_randomized.pdf\">randomized Kaczmarz<\/a> (RK) method is an iterative method for solving <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/System_of_linear_equations#Matrix_equation\">systems of linear equations<\/a> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bb1076898a88ac5d6a1c74d7932dd5fc_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#120;&#32;&#61;&#32;&#98;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"55\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, whose dimensions will be <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-97cff47e97f2cf28bbd3efb3b22a37bd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#110;&#92;&#116;&#105;&#109;&#101;&#115;&#32;&#100;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"42\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> throughout this post. Beginning from a trivial initial solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ff879198fbbd4922226c4f7e65cff9c5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#48;&#61;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"50\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, the method works by repeating the following two steps for <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d6f6f964d166c069b5c3c658646d800c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;&#32;&#61;&#32;&#48;&#44;&#49;&#44;&#50;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"100\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>:<\/p>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li>Randomly sample a row <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cd51bc9af5abfa93527fa3adce74a62d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#105;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"11\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> with probability <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 49px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-81c1ff56386b62fc105c714e21f13f5c_l3.png\" height=\"49\" width=\"146\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#112;&#114;&#111;&#98;&#92;&#123;&#32;&#105;&#95;&#116;&#32;&#61;&#32;&#106;&#92;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#95;&#106;&#125;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Throughout this post, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-208dceb2eaa2dd0d1b1242226407ab04_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#95;&#106;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"19\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/> denotes the <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fe087f8cefab0bcb3270609914ada26c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#106;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"9\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>th row of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>.<\/li>\n\n\n\n<li><a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Projection_(linear_algebra)#Orthogonal_projection\">Orthogonally project<\/a> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b26d1b11e379bb8993dba44054d7a2f7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> onto the solution space of the equation <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-6fc84f2cccf0d4d9ed167b0a698cfb3f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#120;&#32;&#61;&#32;&#98;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"72\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/>, obtaining <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0d8b44771ce0603626f96151b785bde8_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#123;&#116;&#43;&#49;&#125;&#32;&#92;&#99;&#111;&#108;&#111;&#110;&#101;&#113;&#113;&#32;&#120;&#95;&#116;&#32;&#43;&#32;&#40;&#98;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#32;&#45;&#32;&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#120;&#95;&#116;&#41;&#47;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#125;&#94;&#50;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"24\" width=\"278\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/>.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n<p>The main selling point of RK is that it only interacts with the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> through row accesses, which makes the method ideal for very large problems where only a few rows of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> can fit in memory at a time.<\/p>\n\n\n\n<p>When applied to a consistent system of linear equations (i.e., a system possessing a solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4c269341681e03c841aa0aee1e9af79d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> satisfying <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ec26ddd6af8a38a5d1a25c954b750dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#61;&#32;&#98;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"63\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>), RK is <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Rate_of_convergence#Comparing_asymptotic_rates_of_convergence\">geometrically convergent<\/a>: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 32px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (1) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-02d23e54a2a02cf261b7ab8afc0f4b90_l3.png\" height=\"32\" width=\"275\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#091;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#120;&#95;&#116;&#32;&#45;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#093;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#40;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#100;&#101;&#109;&#125;&#94;&#123;&#45;&#50;&#125;&#41;&#94;&#116;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#46;&#32;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Here, <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 64px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (2) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0a01bce740f28deced2d1a8b4e6e1002_l3.png\" height=\"64\" width=\"295\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#100;&#101;&#109;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#125;&#123;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#105;&#110;&#125;&#40;&#65;&#41;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#105;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#105;&#40;&#65;&#41;&#125;&#123;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#105;&#110;&#125;&#40;&#65;&#41;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#50;&#125;&#32;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>is known as the <em>Demmel condition number<\/em>, and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e39567769250a9534f634a599e021bca_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#105;&#40;&#65;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"42\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> are the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Singular_value_decomposition\">singular values<\/a> of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>.<sup class=\"modern-footnotes-footnote \" data-mfn=\"1\" data-mfn-post-scope=\"00000000000005870000000000000000_1968\"><a href=\"javascript:void(0)\"  role=\"button\" aria-pressed=\"false\" aria-describedby=\"mfn-content-00000000000005870000000000000000_1968-1\">1<\/a><\/sup><span id=\"mfn-content-00000000000005870000000000000000_1968-1\" role=\"tooltip\" class=\"modern-footnotes-footnote__note\" tabindex=\"0\" data-mfn=\"1\">Personally, I find it convenient to write the Demmel condition number as <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-464e423135686609143ba45dd3c773a2_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#100;&#101;&#109;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#115;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#40;&#65;&#41;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"171\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/>, where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f677e205ee7a725f171aa1e196b2783b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#97;&#120;&#125;&#40;&#65;&#41;&#32;&#47;&#32;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#105;&#110;&#125;&#40;&#65;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"166\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Condition_number#Matrices\">ordinary condition number<\/a> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9095b3798ccf6b32b07c29b8ffc35cb4_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#115;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#40;&#65;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#47;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#97;&#120;&#125;&#94;&#50;&#40;&#65;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"208\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is the <em><a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2407.21594\">stable rank<\/a><\/em> of the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. The stable rank is a smooth proxy for the rank or dimensionality of the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. Using this parameter, the rate of convergence is roughly <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee1d2711d35e61c7e406b5a7ea092a3c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#94;&#123;&#45;&#116;&#32;&#47;&#32;&#40;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#94;&#50;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#115;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#40;&#65;&#41;&#41;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"109\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, so it takes roughly <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-41531066aa251104e4f709b29a25819d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#94;&#50;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#115;&#114;&#97;&#110;&#107;&#125;&#40;&#65;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"89\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> row accesses to reduce the error by a constant factor. Compare this to gradient descent, which requires <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-50d63d5ee0930a8cb81a93a86227d96f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#94;&#50;&#32;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"29\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> row accesses.<\/span> However, for inconsistent problems, RK does not converge at all. Indeed, since each step of RK updates the iterate <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b26d1b11e379bb8993dba44054d7a2f7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> such that an equation <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-6fc84f2cccf0d4d9ed167b0a698cfb3f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#120;&#32;&#61;&#32;&#98;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"72\" style=\"vertical-align: -7px;\"\/> hold exactly and no solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4c269341681e03c841aa0aee1e9af79d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> satisfies all the equations simultaneously, the RK iterates continue to stochastically fluctuate no matter how long the algorithm is run.<\/p>\n\n\n\n<p>However, while the RK iterates continue to randomly fluctuate when applied to an inconsistent system, their <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Expected_value\"><em>expected value<\/em><\/a> does converge. In fact, it converges to the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Linear_least_squares#Basic_formulation\">least-squares solution<\/a><sup class=\"modern-footnotes-footnote \" data-mfn=\"2\" data-mfn-post-scope=\"00000000000005870000000000000000_1968\"><a href=\"javascript:void(0)\"  role=\"button\" aria-pressed=\"false\" aria-describedby=\"mfn-content-00000000000005870000000000000000_1968-2\">2<\/a><\/sup><span id=\"mfn-content-00000000000005870000000000000000_1968-2\" role=\"tooltip\" class=\"modern-footnotes-footnote__note\" tabindex=\"0\" data-mfn=\"2\">If the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is rank-deficient, then we define <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4c269341681e03c841aa0aee1e9af79d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> to be the <em><a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Moore\u2013Penrose_inverse#Linear_least-squares\">minimum-norm<\/a><\/em> least-squares solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-74ebc80484df6d96f7ca8f01bbb5c100_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#61;&#32;&#65;&#94;&#92;&#100;&#97;&#103;&#103;&#101;&#114;&#32;&#98;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"70\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, which can be expressed using the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Moore\u2013Penrose_inverse\">Moore\u2013Penrose pseudoinverse<\/a> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9c3eba346ed7d1ef93cd5446d6845382_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#123;&#125;&#94;&#92;&#100;&#97;&#103;&#103;&#101;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 3px;\"\/>.<\/span> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4c269341681e03c841aa0aee1e9af79d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> to the system, defined as <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 19px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-9052e54b28c6061d7a56c05ca254f154_l3.png\" height=\"19\" width=\"210\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#61;&#32;&#92;&#111;&#112;&#101;&#114;&#97;&#116;&#111;&#114;&#110;&#97;&#109;&#101;&#123;&#97;&#114;&#103;&#109;&#105;&#110;&#125;&#95;&#123;&#120;&#32;&#92;&#105;&#110;&#32;&#92;&#114;&#101;&#97;&#108;&#94;&#100;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#98;&#32;&#45;&#32;&#65;&#120;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Put differently, the <em><a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Bias_(statistics)\">bias<\/a><\/em> of the RK iterates <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b26d1b11e379bb8993dba44054d7a2f7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> as estimators to the least-squares solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4c269341681e03c841aa0aee1e9af79d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> converge to zero, and the rate of convergence is geometric. Specifically, we have the following theorem:<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p><strong>Theorem 1 (Exponentially Decreasing Bias):<\/strong> The RK iterates <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b26d1b11e379bb8993dba44054d7a2f7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> have an exponentially decreasing bias <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 22px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (3) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a54409c570b03a8e2e3607c316004f4d_l3.png\" height=\"22\" width=\"271\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#109;&#97;&#116;&#104;&#98;&#98;&#123;&#69;&#125;&#091;&#120;&#95;&#116;&#093;&#32;&#45;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#40;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#100;&#101;&#109;&#125;&#94;&#123;&#45;&#50;&#125;&#41;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#46;&#32;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>Observe that the rate of convergence (3) for the bias is twice as fast as the rate of convergence for the error in (1). This factor of two was <a href=\"https:\/\/ar5iv.org\/html\/1506.03296#S3.SS3\">previously observed by Gower and Richtarik<\/a> in the context of consistent systems of equations.<\/p>\n\n\n\n<p>The proof of Theorem 1 is straightforward, and we will present it at the bottom of this post. First, we will discuss a couple of implications. First, we develop convergent versions of the RK algorithm using tail averaging. Second, we explore what happens when we implement RK with different sampling probabilities <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-01b86c64d391f8f62f3bea30eed2ce34_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#112;&#114;&#111;&#98;&#32;&#92;&#123;&#105;&#95;&#116;&#32;&#61;&#32;&#106;&#92;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"72\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Tail Averaging<\/h2>\n\n\n\n<p>It may seem like Theorem 1 has little implication for practice. After all, just because the expected value of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b26d1b11e379bb8993dba44054d7a2f7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> becomes closer and closer to <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4c269341681e03c841aa0aee1e9af79d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, it need not be the case that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b26d1b11e379bb8993dba44054d7a2f7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is close to <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b312d649591164b7149ed0756f694a76_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"8\" width=\"10\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. However, we can improve the quality of the approximate solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b26d1b11e379bb8993dba44054d7a2f7_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> by <em>averaging<\/em>.<\/p>\n\n\n\n<p>There are multiple different possible ways we could use averaging. A first idea would be to run RK multiple times, obtaining multiple solutions <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5e21585ccd4ad8704d76d98df89028a1_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#94;&#123;&#40;&#49;&#41;&#125;&#95;&#116;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#120;&#94;&#123;&#40;&#109;&#41;&#125;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"24\" width=\"99\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> which could then be averaged together. This approach is inefficient as each solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ba93d4ec50c4100268c15cfa868bdc13_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#116;&#94;&#123;&#40;&#105;&#41;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"24\" width=\"24\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is computed separately.<\/p>\n\n\n\n<p>A better strategy is <em>tail averaging<\/em>. Fix a burn-in time <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d3a6dd29e6117b7729ccc3219b048697_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, chosen so that the bias <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-03b1f60b09d6e66904287aa5e6cd6009_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#123;&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;&#125;&#093;&#32;&#45;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"98\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> is small. For each <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a9d5061d0598c4276f3da360dbb84fb5_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#115;&#62;&#32;&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"46\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b84dd954b5d7e929f21c9f7d02c9513e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#115;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is a nearly unbiased approximation to the least-squares solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4c269341681e03c841aa0aee1e9af79d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>. To reduce variance, we can average these estimators together <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 38px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-53375d695acfc74d6ea111d3a1b32d29_l3.png\" height=\"38\" width=\"231\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#120;&#125;&#95;&#116;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#120;&#95;&#123;&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;&#32;&#43;&#49;&#125;&#32;&#43;&#32;&#120;&#95;&#123;&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;&#43;&#50;&#125;&#32;&#43;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#115;&#32;&#43;&#32;&#120;&#95;&#116;&#125;&#123;&#116;&#45;&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>The estimator <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2a1fbf4dfe33424f6bd94ee92e4b5f44_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#120;&#125;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> is the <em>tail-averaged randomized Kaczmarz<\/em> (TARK) estimator. By Theorem 1, we know the TARK estimator has an exponentially small bias: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 23px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-89806db87c210bfdd9cbd0e800d65e85_l3.png\" height=\"23\" width=\"299\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#120;&#125;&#95;&#116;&#093;&#32;&#45;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#40;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#100;&#101;&#109;&#125;&#94;&#123;&#45;&#50;&#125;&#41;&#94;&#123;&#50;&#40;&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;&#43;&#49;&#41;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><a href=\"https:\/\/arxiv.org\/html\/2411.19877v1#S1.SS2\">In our paper<\/a>, we also prove a bound for the mean-square error: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 49px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d30cb224e4284f0840a46a9757196abf_l3.png\" height=\"49\" width=\"448\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#32;&#091;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#120;&#125;&#95;&#116;&#32;&#45;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#093;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#40;&#49;&#45;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#100;&#101;&#109;&#125;&#94;&#123;&#45;&#50;&#125;&#41;&#94;&#123;&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;&#43;&#49;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#32;&#43;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#50;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#100;&#101;&#109;&#125;&#94;&#52;&#125;&#123;&#116;&#45;&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;&#125;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#98;&#45;&#65;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We see that the rate of convergence is geometric in the burn-in time <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d3a6dd29e6117b7729ccc3219b048697_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#98;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"14\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> and occurs at an algebraic, Monte Carlo, rate in the final time <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-f7c31707f29cc03d143ea78c9833003e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"6\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>. While the Monte Carlo rate of convergence may be unappealing, <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/html\/2411.19877v1#S2.SS2\">it is known<\/a> that this rate of convergence is optimal for any method that accesses row\u2013entry pairs <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d45b36ecd2f0a55d13400723865d1154_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#40;&#97;&#95;&#105;&#44;&#98;&#95;&#105;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"48\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>; <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/html\/2411.19877v1#A1\">see our paper<\/a> for a new derivation of this fact.<\/p>\n\n\n\n<p>Tail averaging can be an effective method for squeezing a bit more accuracy out of the RK method for least-squares problems. The figure below shows the error of different RK methods applied to a random least-squares problem, including <a href=\"https:\/\/www.math.ucdavis.edu\/~strohmer\/courses\/270\/kaczmarz_randomized.pdf\">plain RK<\/a>, <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/2002.04126\">RK with thread averaging (RKA)<\/a>, and <a href=\"https:\/\/link.springer.com\/chapter\/10.1007\/978-3-642-28308-6_64\">RK with underrelaxation (RKU)<\/a>;<sup class=\"modern-footnotes-footnote \" data-mfn=\"3\" data-mfn-post-scope=\"00000000000005870000000000000000_1968\"><a href=\"javascript:void(0)\"  role=\"button\" aria-pressed=\"false\" aria-describedby=\"mfn-content-00000000000005870000000000000000_1968-3\">3<\/a><\/sup><span id=\"mfn-content-00000000000005870000000000000000_1968-3\" role=\"tooltip\" class=\"modern-footnotes-footnote__note\" tabindex=\"0\" data-mfn=\"3\">The number of threads is set to 10, and the underrelaxation parameter is <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-99fdfdd8faa2fd5e6f12fcc4e59ca9dc_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;&#47;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"39\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. We found this underrelaxation parameter to lead to a smaller error than the other popular underrelaxation parameter schedule <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c1f496ba5c369942895877ac1a224993_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;&#47;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"23\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>.<\/span> see <a href=\"https:\/\/github.com\/eepperly\/Randomized-Kaczmarz-with-Tail-Averaging\">the paper&#8217;s Github<\/a> for <a href=\"https:\/\/github.com\/eepperly\/Randomized-Kaczmarz-with-Tail-Averaging\/blob\/main\/experiments\/random_example.py\">code<\/a>. For this problem, tail-averaged randomized Kaczmarz achieves the lowest error of all of the methods considered, being 6\u00d7 smaller than RKA, 22\u00d7 smaller than RK, and 10\u2076\u00d7 smaller than RKU.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"767\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/random_example-1024x767.png\" alt=\"Error versus iteration for different randomized Kaczmarz methods. Tail-averaged randomized Kaczmarz shows the lowest error\" class=\"wp-image-1970\" srcset=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/random_example-1024x767.png 1024w, https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/random_example-300x225.png 300w, https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/random_example-768x575.png 768w, https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/random_example-1536x1151.png 1536w, https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/random_example.png 1719w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">What Least-Squares Solution Are We Converging To?<\/h2>\n\n\n\n<p>A second implication of Theorem 1 comes from reanalyzing the RK algorithm if we change the sampling probabilities. Recall that the standard RK algorithm draws random row indices <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cd51bc9af5abfa93527fa3adce74a62d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#105;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"11\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> using squared row norm sampling: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 49px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-072dd81a7e854128bf0258a1836003de_l3.png\" height=\"49\" width=\"203\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#112;&#114;&#111;&#98;&#32;&#92;&#123;&#32;&#105;&#95;&#116;&#32;&#61;&#32;&#106;&#32;&#92;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#95;&#106;&#125;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#32;&#92;&#101;&#113;&#113;&#99;&#111;&#108;&#111;&#110;&#32;&#112;&#94;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#82;&#75;&#125;&#95;&#106;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We have notated the RK sampling probability for row <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fe087f8cefab0bcb3270609914ada26c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#106;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"9\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> as <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-71c0895ae20c1dc9c3c7b038477b72d1_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#112;&#95;&#106;&#94;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#82;&#75;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"31\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p>Using the standard RK sampling procedure can sometimes be difficult. To implement it directly, we must make a full pass through the matrix to compute the sampling probabilities.<sup class=\"modern-footnotes-footnote \" data-mfn=\"4\" data-mfn-post-scope=\"00000000000005870000000000000000_1968\"><a href=\"javascript:void(0)\"  role=\"button\" aria-pressed=\"false\" aria-describedby=\"mfn-content-00000000000005870000000000000000_1968-4\">4<\/a><\/sup><span id=\"mfn-content-00000000000005870000000000000000_1968-4\" role=\"tooltip\" class=\"modern-footnotes-footnote__note\" tabindex=\"0\" data-mfn=\"4\">If we have an upper bound on the squared row norms, there is an <a href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2024\/10\/08\/rejection-sampling\/#motivating-application-randomized-kaczmarz\">alternative procedure based on rejection sampling<\/a> that avoids this precomputation step.<\/span> It can be much more convenient to sample rows <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cd51bc9af5abfa93527fa3adce74a62d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#105;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"11\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> uniformly at random <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4b5a6eceb8434c6e562bb81ecaeb2012_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#112;&#114;&#111;&#98;&#32;&#92;&#123;&#32;&#105;&#95;&#116;&#32;&#61;&#32;&#106;&#32;&#92;&#125;&#32;&#61;&#32;&#49;&#47;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"125\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p>To do the following analysis in generality, consider performing RK using general sampling probabilities <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7ef5f113a5b8fe18ca8721ab8c07b90d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#112;&#95;&#106;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/>: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 19px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-95b2f6411ef8d9b8c9b5b61acf6bc928_l3.png\" height=\"19\" width=\"116\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#112;&#114;&#111;&#98;&#32;&#92;&#123;&#105;&#95;&#116;&#32;&#61;&#32;&#106;&#92;&#125;&#32;&#61;&#32;&#112;&#95;&#106;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>What happens to the bias of the RK iterates then?<\/p>\n\n\n\n<p>Define a diagonal matrix <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 64px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-bc930770f7b4e20afffe903a4ab372ba_l3.png\" height=\"64\" width=\"239\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#68;&#32;&#92;&#99;&#111;&#108;&#111;&#110;&#101;&#113;&#113;&#32;&#92;&#100;&#105;&#97;&#103;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#92;&#115;&#113;&#114;&#116;&#123;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#112;&#95;&#106;&#125;&#123;&#112;&#95;&#106;&#94;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#82;&#75;&#125;&#125;&#125;&#32;&#58;&#32;&#106;&#32;&#61;&#49;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#110;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>One can check that the RK algorithm with non-standard sampling probabilities <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1d66aa3519c359a9771f15a888928cbf_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#123;&#112;&#95;&#106;&#92;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"32\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> is equivalent to the standard RK algorithm run on the <em>diagonally reweighted least-squares problem<\/em> <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 20px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3e1818420a485f35a47361344560d2b1_l3.png\" height=\"20\" width=\"243\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#120;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#119;&#101;&#105;&#103;&#104;&#116;&#101;&#100;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#97;&#114;&#103;&#109;&#105;&#110;&#95;&#123;&#120;&#92;&#105;&#110;&#92;&#114;&#101;&#97;&#108;&#94;&#100;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#68;&#98;&#45;&#40;&#68;&#65;&#41;&#120;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>In particular, applying TARK with uniform sampling probabilities, the tail-averaged iterates <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2a1fbf4dfe33424f6bd94ee92e4b5f44_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#111;&#118;&#101;&#114;&#108;&#105;&#110;&#101;&#123;&#120;&#125;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"15\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/> will converge to the weighted least-squares problem <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-580779040f61f5cbec08d65d995d557f_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#119;&#101;&#105;&#103;&#104;&#116;&#101;&#100;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"63\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> rather than the original least-squares solution <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4c269341681e03c841aa0aee1e9af79d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"11\" width=\"17\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>.<\/p>\n\n\n\n<p>I find this very interesting. In the standard RK method, the squared row norm sampling distribution is chosen to ensure rapid convergence of the RK iterates to the solution of a consistent system of linear equations. However, for a consistent system, the RK method will always converge to the same solution no matter what row sampling strategy is chosen (as long as every non-zero row has a positive probability of being picked). In the least-squares context, however, the conclusion is very different: the choice of row sampling distribution not only affects the rate of convergence, but also <em>which solution<\/em> is being converged to!<\/p>\n\n\n\n<p>As the plot below demonstrates, the original least-squares solution and re-weighted least-squares solution can sometimes be quite different from each other. This plot shows the results of fitting a function with many kinks (show as a black dashed curve) using a polynomial function <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-c555945902355fad2f103570215b0b04_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#112;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#48;&#125;&#94;&#123;&#49;&#48;&#125;&#32;&#120;&#95;&#106;&#32;&#117;&#94;&#106;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"25\" width=\"137\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/>[mfn}Note that, for this experiment we represent the polynomial <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e0b8fe16b45a063ea974abe4a4d72924_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#112;&#40;&#117;&#41;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#48;&#125;&#94;&#123;&#49;&#48;&#125;&#32;&#120;&#95;&#106;&#32;&#117;&#94;&#106;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"135\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> using its monomial coefficients <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-b579cb2878b1f34cbedeb81a01abd17c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#106;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"16\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/>, which has <a href=\"https:\/\/drlvk.github.io\/nm\/section-monomial-basis.html\">issues with numerical stability<\/a>. It&#8217;s better to use a representation using <a href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2022\/08\/13\/chebyshev-polynomials\/\">Chebyshev polynomials<\/a>. We use this example only to illustrate the difference between the weighted and original least-squares solution.[\/mfn} at <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7f0a64b6f5966048797ae7ebfa353006_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;&#48;&#48;&#48;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"44\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> equispaced points. We compare the unweighted least-squares solution (orange solid curve) to the weighted least-squares solution using uniform RK weights <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-6991003c780f40e68bf42386d9a6ba8d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#112;&#95;&#106;&#32;&#61;&#32;&#49;&#47;&#110;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"70\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/> (blue dash-dotted curve). These two curves differ meaningfully, with the weighted least-squares solution having higher error at the ends of the interval but more accuracy in the middle. These differences can be explained looking at the weights (diagonal entries of <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ab69a4a7716bbf890e5f604a06fd1f13_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#68;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"15\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/>, grey dotted curve), which are lower at the ends of the interval than in the center.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"790\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/diagonal_reweighting_example-1024x790.png\" alt=\"Weighted and un-weighted least-squares solution to polynomial regression problem. (Tail averaged) randomized Kaczmarz method with uniform sampling converges to the weighted least-squares solution, which is more accurate on the middle of the interval (where the weights are high) than the edges of the interval (where the weights are smaller)\" class=\"wp-image-1971\" srcset=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/diagonal_reweighting_example-1024x790.png 1024w, https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/diagonal_reweighting_example-300x231.png 300w, https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/diagonal_reweighting_example-768x592.png 768w, https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/diagonal_reweighting_example-1536x1184.png 1536w, https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/uploads\/2024\/12\/diagonal_reweighting_example.png 1660w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<p>Does this diagonal rescaling issue matter? Sometimes not. In many applications, the weighted and un-weighted least squares solutions will both be fine. Indeed, in the above example, neither the weighted nor un-weighted solutions are the &#8220;right&#8221; one; the weighted solution is more accurate in the interior of the domain and less accurate at the boundary. However, sometimes getting the true least-squares solution matters, or the amount of reweighting done by uniform sampling is too aggressive for a problem. In these cases, using the classical RK sampling probabilities may be necessary. Fortunately, <a href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2024\/10\/08\/rejection-sampling\/\">rejection sampling<\/a> <a href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2024\/10\/08\/rejection-sampling\/#motivating-application-randomized-kaczmarz\">can often be used<\/a> to perform squared row norm sampling; see <a href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2024\/10\/08\/rejection-sampling\/\">this blog post of mine<\/a> for details.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Proof of Theorem 1<\/h2>\n\n\n\n<p>Let us now prove Theorem 1, the asymptotic unbiasedness of randomized Kaczmarz. We will assume throughout that <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Rank_(linear_algebra)#Main_definitions\">full-rank<\/a>; the rank-deficient case is similar but requires a bit more care.<\/p>\n\n\n\n<p>Begin by rewriting the update rule in the following way<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cccfb54762bb990499c96331e7019309_l3.png\" height=\"54\" width=\"260\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#120;&#95;&#123;&#116;&#43;&#49;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#94;&#123;&#92;&#118;&#112;&#104;&#97;&#110;&#116;&#111;&#109;&#123;&#92;&#116;&#111;&#112;&#125;&#125;&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#125;&#94;&#50;&#125;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#120;&#95;&#116;&#32;&#43;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#98;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#125;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Now, letting <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d824279ef83644f415d5651b0d1b53c0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"21\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/> denote the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Conditional_expectation\">average over the random index<\/a> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cd51bc9af5abfa93527fa3adce74a62d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#105;&#95;&#116;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"11\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, we compute<\/p>\n\n\n\n<p><p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 118px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-0a7f7b3bfad51b7094348db94d2d4254_l3.png\" height=\"118\" width=\"405\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#98;&#101;&#103;&#105;&#110;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#091;&#120;&#95;&#123;&#116;&#43;&#49;&#125;&#093;&#32;&#38;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#49;&#125;&#94;&#110;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#091;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#106;&#94;&#123;&#92;&#118;&#112;&#104;&#97;&#110;&#116;&#111;&#109;&#123;&#92;&#116;&#111;&#112;&#125;&#125;&#32;&#97;&#95;&#106;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#95;&#106;&#125;&#94;&#50;&#125;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#120;&#95;&#116;&#32;&#43;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#98;&#95;&#106;&#97;&#95;&#106;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#95;&#106;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#093;&#32;&#92;&#112;&#114;&#111;&#98;&#92;&#123;&#105;&#95;&#116;&#61;&#106;&#92;&#125;&#92;&#92;&#32;&#38;&#61;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#49;&#125;&#94;&#110;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#091;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#97;&#95;&#106;&#125;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#97;&#95;&#106;&#94;&#123;&#92;&#118;&#112;&#104;&#97;&#110;&#116;&#111;&#109;&#123;&#92;&#116;&#111;&#112;&#125;&#125;&#32;&#97;&#95;&#106;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#120;&#95;&#116;&#32;&#43;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#98;&#95;&#106;&#97;&#95;&#106;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#093;&#46;&#92;&#101;&#110;&#100;&#123;&#97;&#108;&#105;&#103;&#110;&#42;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p>We can evaluate the sums <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-defce21783764bb0d5253e346f0d1dcd_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#49;&#125;&#94;&#110;&#32;&#97;&#95;&#106;&#94;&#123;&#92;&#118;&#112;&#104;&#97;&#110;&#116;&#111;&#109;&#123;&#92;&#116;&#111;&#112;&#125;&#125;&#97;&#95;&#106;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#61;&#32;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"145\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/> and <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a4a4fdd3e2b461b751ba5661033cb1e3_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#106;&#61;&#49;&#125;&#94;&#110;&#32;&#98;&#95;&#106;&#32;&#97;&#95;&#106;&#32;&#61;&#32;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#98;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"134\" style=\"vertical-align: -8px;\"\/> directly. Therefore, we obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-de4ded17daf001dde92c26025e9c14f3_l3.png\" height=\"54\" width=\"283\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#95;&#123;&#105;&#95;&#116;&#125;&#091;&#120;&#95;&#123;&#116;&#43;&#49;&#125;&#093;&#32;&#61;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#32;&#120;&#95;&#116;&#32;&#43;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#98;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Thus, <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Law_of_total_expectation\">taking the (total) expectation<\/a> of both sides, we get <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-24c5bfe6c1ea70293055deb68a3df117_l3.png\" height=\"54\" width=\"293\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#123;&#116;&#43;&#49;&#125;&#093;&#32;&#61;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#32;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#116;&#093;&#32;&#43;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#98;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Iterating this equation and using the initial condition <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-582b045cb1264dacb4c6888a6b5114fe_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#48;&#32;&#61;&#32;&#48;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"50\" style=\"vertical-align: -3px;\"\/>, we obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 64px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (4) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-eb47c96091b1187b53c318589b696693_l3.png\" height=\"64\" width=\"284\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#116;&#093;&#32;&#61;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#091;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#48;&#125;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#105;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#093;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#98;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><br>The equation (4) expresses the expected RK iterate <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-fa98c6708608ae4bf5513cf53e74597c_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#116;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"18\" width=\"36\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> using a matrix <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Geometric_series\">geometric series<\/a>. <a href=\"https:\/\/tutorial.math.lamar.edu\/classes\/calcii\/series_special.aspx\">Recall<\/a> that the infinite geometric series with a scalar ratio <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-46c544beaea4bd89a4469bf8e37f5dac_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#124;&#121;&#124;&#60;&#49;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"49\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> satisfies the formula <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 49px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-2d95246c2816e550018d080c58c60240_l3.png\" height=\"49\" width=\"143\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#48;&#125;&#94;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#121;&#94;&#105;&#32;&#61;&#32;&#40;&#49;&#45;&#121;&#41;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Substituting <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e4f523566f0113463b0e9c2c6aed77d6_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#61;&#49;&#45;&#121;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"16\" width=\"73\" style=\"vertical-align: -4px;\"\/>, we get <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 49px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-726e8fae76877e0ec1f03efab333ec2e_l3.png\" height=\"49\" width=\"136\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#48;&#125;&#94;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#40;&#49;&#45;&#120;&#41;&#94;&#105;&#32;&#61;&#32;&#120;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>for any <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-59627e8a5617b647342eaaf541c9f73b_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#48;&#32;&#60;&#32;&#120;&#32;&#60;&#32;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"14\" width=\"74\" style=\"vertical-align: -2px;\"\/>. With a little effort, one can check that the same formula<p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 49px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-1389cddfba9ee14bcbf4293f018c78c9_l3.png\" height=\"49\" width=\"148\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#48;&#125;&#94;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#40;&#73;&#45;&#88;&#41;&#94;&#105;&#32;&#61;&#32;&#88;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>for a square matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-ee8974e4adfbdab75fa43f4df80b4e5d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"16\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> satisfying <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3a879e94835249ed52515912cab03ef0_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#48;&#32;&#60;&#32;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#105;&#110;&#125;&#40;&#88;&#41;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#88;&#125;&#32;&#60;&#32;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"185\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. These conditions hold for the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-5295dfe11879ff26de89e4c4e5fd4902_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#88;&#32;&#61;&#32;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#32;&#47;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"130\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/> since <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-11f4f587954b361e7d78940f65b8d70d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"13\" width=\"13\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> is full-rank, yielding <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 57px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (5) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8d1be156303c168d2de83dbde76e44d6_l3.png\" height=\"57\" width=\"255\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#48;&#125;&#94;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#105;&#46;&#32;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>In anticipation of plugging this result into (4), we can break the infinite sum on the right-hand side into two pieces: <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 57px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (6) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-08f4b1a705439315fe0fc038e059d01c_l3.png\" height=\"57\" width=\"415\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#32;&#61;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#48;&#125;&#94;&#123;&#116;&#45;&#49;&#125;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#105;&#32;&#43;&#32;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#116;&#125;&#94;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#105;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p>We are at the home stretch. Plugging (6) into (4) and using the <a href=\"https:\/\/mathworld.wolfram.com\/NormalEquation.html\">normal equations<\/a> <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-64c6a1100b4c3f38b731800d0f5f7d69_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#61;&#32;&#40;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#41;&#94;&#123;&#45;&#49;&#125;&#32;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#98;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"20\" width=\"145\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>, we obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 64px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d973041dba49ba471bbfb6b3d4c2b463_l3.png\" height=\"64\" width=\"323\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#116;&#093;&#32;&#61;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#091;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#116;&#125;&#94;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#105;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#093;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#98;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Rearrange to obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 64px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8238e65e7b7df2013504f2a6f71799e6_l3.png\" height=\"64\" width=\"453\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#116;&#093;&#32;&#45;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#61;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#116;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#091;&#92;&#115;&#117;&#109;&#95;&#123;&#105;&#61;&#48;&#125;&#94;&#92;&#105;&#110;&#102;&#116;&#121;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#105;&#32;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#093;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#98;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Now apply (5) and the normal equations again to obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 58px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-3cbe72663f8ef13c762213b5592bb5d2_l3.png\" height=\"58\" width=\"251\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#116;&#093;&#32;&#45;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#32;&#61;&#32;&#45;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#116;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>Take norms and use the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Operator_norm#Properties\">submultiplicative property<\/a> of the <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Matrix_norm#Spectral_norm_(p_=_2)\">spectral norm<\/a> to obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 57px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> (7) <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-e663370119bd02900da0aa4f7b6faf03_l3.png\" height=\"57\" width=\"277\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#116;&#093;&#32;&#45;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#125;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#120;&#125;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#94;&#50;&#46;&#32;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p><\/p>\n\n\n\n<p>To complete the proof we must evaluate the norm of the matrix <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-279cfe280cfb4468561167c41f100d1e_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#73;&#32;&#45;&#32;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#32;&#47;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"22\" width=\"121\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. Let <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-a3f4140d7c01527f39a2eeec4a29055d_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#65;&#32;&#61;&#32;&#85;&#32;&#92;&#83;&#105;&#103;&#109;&#97;&#32;&#86;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"15\" width=\"88\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> be a (<a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Singular_value_decomposition#Thin_SVD\">thin<\/a>) <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Singular_value_decomposition\">singular value decomposition<\/a>, where <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-cc49d9cb38d8f285fcc9fe497e39bee9_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#83;&#105;&#103;&#109;&#97;&#32;&#61;&#32;&#92;&#100;&#105;&#97;&#103;&#40;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#97;&#120;&#125;&#40;&#65;&#41;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#105;&#110;&#125;&#40;&#65;&#41;&#41;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"19\" width=\"213\" style=\"vertical-align: -5px;\"\/>. Then <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 54px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-468566feb9b39f9e0dd616b47f324ad5_l3.png\" height=\"54\" width=\"417\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#65;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#65;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#32;&#61;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#86;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#83;&#105;&#103;&#109;&#97;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#32;&#92;&#99;&#100;&#111;&#116;&#32;&#86;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#32;&#61;&#32;&#86;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#32;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#102;&#114;&#97;&#99;&#123;&#92;&#83;&#105;&#103;&#109;&#97;&#94;&#50;&#125;&#123;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#86;&#94;&#92;&#116;&#111;&#112;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>We <a href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Symmetric_matrix#Decomposition\">recognize<\/a> this as a matrix whose eigenvectors are <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-8a416b3e64d82c5ac2bf7ce6b503c266_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#86;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"12\" width=\"14\" style=\"vertical-align: 0px;\"\/> and whose eigenvalues are the diagonal entries of the matrix <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 23px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-4bc7dac794d8913157b82fd0df23e41d_l3.png\" height=\"23\" width=\"479\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#73;&#32;&#45;&#32;&#92;&#83;&#105;&#103;&#109;&#97;&#94;&#50;&#47;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#32;&#61;&#32;&#92;&#100;&#105;&#97;&#103;&#40;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#94;&#50;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#97;&#120;&#125;&#40;&#65;&#41;&#47;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#44;&#92;&#108;&#100;&#111;&#116;&#115;&#44;&#49;&#45;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#105;&#110;&#125;&#94;&#50;&#40;&#65;&#41;&#47;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#41;&#46;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>All eigenvalues are nonnegative and the largest eigenvalue is <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-d403202fafe825b0c239715248bd3923_l3.png\" class=\"ql-img-inline-formula quicklatex-auto-format\" alt=\"&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#115;&#105;&#103;&#109;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#109;&#105;&#110;&#125;&#94;&#50;&#40;&#65;&#41;&#47;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#65;&#125;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#70;&#125;&#94;&#50;&#32;&#61;&#32;&#49;&#32;&#45;&#32;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#100;&#101;&#109;&#125;&#94;&#123;&#45;&#50;&#125;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\" height=\"23\" width=\"233\" style=\"vertical-align: -6px;\"\/>. We have invoked the definition of the Demmel condition number (2). Therefore, plugging into (7), we obtain <p class=\"ql-center-displayed-equation\" style=\"line-height: 26px;\"><span class=\"ql-right-eqno\"> &nbsp; <\/span><span class=\"ql-left-eqno\"> &nbsp; <\/span><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/wp-content\/ql-cache\/quicklatex.com-7c29ce0386ec23c163afab561f181af1_l3.png\" height=\"26\" width=\"265\" class=\"ql-img-displayed-equation quicklatex-auto-format\" alt=\"&#92;&#091;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#92;&#101;&#120;&#112;&#101;&#99;&#116;&#091;&#120;&#95;&#116;&#093;&#32;&#45;&#32;&#120;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#125;&#94;&#50;&#32;&#92;&#108;&#101;&#32;&#92;&#108;&#101;&#102;&#116;&#40;&#49;&#45;&#92;&#107;&#97;&#112;&#112;&#97;&#95;&#123;&#92;&#114;&#109;&#32;&#100;&#101;&#109;&#125;&#94;&#123;&#45;&#50;&#125;&#92;&#114;&#105;&#103;&#104;&#116;&#41;&#94;&#123;&#50;&#116;&#125;&#32;&#92;&#110;&#111;&#114;&#109;&#123;&#120;&#125;&#95;&#92;&#115;&#116;&#97;&#114;&#94;&#50;&#44;&#92;&#093;\" title=\"Rendered by QuickLaTeX.com\"\/><\/p>as promised.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>I am delighted to share that my paper Randomized Kaczmarz with tail averaging, joint with Gil Goldshlager and Rob Webber, has been posted to arXiv. This paper in particular really benefited from a lot of feedback from discussions with friends, colleagues, and experts, and I\u2019d like to thank everyone who gave us feedback on this<a class=\"more-link\" href=\"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/2024\/12\/02\/randomized-kaczmarz-is-asympotically-unbiased-for-least-squares\/\">Read more<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[16,7],"tags":[],"class_list":["post-1968","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-randomized-kaczmarz","category-research"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1968","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1968"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1968\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1982,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1968\/revisions\/1982"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1968"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1968"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.ethanepperly.com\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1968"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}