从稀疏谱表示的图形信号中学习拉普拉斯矩阵

皮埃尔·亨伯特(Pierre Humbert)、巴蒂斯特·勒·巴尔斯(Batiste Le Bars)、劳伦特·奥德雷(Laurent Oudre)、阿吉里斯·卡洛格拉托斯(Argyris Kalogratos)、尼古拉斯·瓦亚蒂斯(Nicolas Vayati。

年份:2021年,数量:22,版本:195,页码:1-47


摘要

在本文中,我们考虑从多元信号(称为图信号)学习图结构的问题。这些信号是多变量观测值,其测量值对应于未知图形的节点,我们希望推断出这些节点。假设它们在图谱域中具有稀疏表示,这是一个已知的特征,可以携带与图的簇结构相关的信息。还假设信号相对于底层图形结构平稳运行。对于图的学习问题,我们提出了一个新的优化程序来学习该图的拉普拉斯算子,并提供了两种算法来求解它,称为IGL-3SR和FGL-3SR。这两种算法基于三步交替过程,都依赖于标准的最小化方法,例如流形梯度下降或线性规划,与最先进的算法相比,其复杂度更低。虽然IGL-3SR确保收敛,但FGL-3SR起到弛豫的作用,并且速度明显更快,因为它的交替过程依赖于多个闭合形式的解。这两种算法都是根据合成数据和实际数据进行评估的。在数字性能和可扩展性方面,他们的表现与竞争对手不相上下。最后,我们将提出的优化程序作为因子分析模型进行概率解释。

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