×

非线性动力系统流形学习的简约表示:趋化性案例研究。 (英语) Zbl 1390.68523号

摘要:非线性流形学习算法,如扩散映射,近年来在大型复杂数据集的分析中得到了卓有成效的应用。然而,当面对真实数据时,此类算法仍然面临挑战。其中一个挑战是“重复特征方向”的存在,它模糊了对基础流形真实维数的检测,并且当多个嵌入坐标参数化数据集内在几何中的同一方向时,就会出现这种情况。我们提出了一种基于局部线性回归的算法来自动检测与重复特征方向相对应的坐标。我们仅使用对应于唯一特征方向的特征向量构造了一个更为简约的嵌入,并且我们证明了这种简化的扩散映射嵌入引入了一个等价于标准扩散距离的度量。我们首先演示了我们的方法在合成数据集上的实用性和灵活性。然后,我们将我们的算法应用于从细胞趋化性随机模型中收集的数据,其中我们的分解重复特征方向的方法允许我们直接从数据中检测动力学行为和潜在内在系统维度的变化。

MSC公司:

68T05型 人工智能中的学习和自适应系统
62H11型 定向数据;空间统计学
62H25个 因子分析和主成分;对应分析
92C40型 生物化学、分子生物学
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Gepshtein,S。;Keller,Y.,《扩散图和光谱松弛的图像补全》,IEEE Trans。图像处理。,22, 8, 2983-2994 (2013) ·Zbl 1373.94137号
[2] 阿拉巴马州费尔南德斯。;拉宾,N。;科伊夫曼,R.R。;Eckstein,J.,《对齐医学数据集的扩散方法:CT扫描图像中的位置预测》,《医学图像分析》。,18, 2, 425-432 (2014)
[3] 辛格,A。;赵,Z。;Shkolnisky,Y。;Hadani,R.,使用特征向量对低温电子显微镜图像的视角分类,SIAM J.成像科学。,4, 2, 723-759 (2011) ·Zbl 1216.92046号
[4] 袁,L。;潘,C。;季S。;McCutchan,M。;周,Z.-H。;纽菲尔德,S.J。;库马尔,S。;Ye,J.,《发育阶段的自动注释》果蝇属包含表达空间模式的图像中的胚胎,生物信息学,30,2266-273(2014)
[5] 赵伟。;Chellappa,R。;Phillips,P.J。;Rosenfeld,A.,《面部识别:文献调查》,ACM Compute。调查。,35, 4, 399-458 (2003)
[6] 特拉内尔,C。;Cacchiarelli,D。;格里姆斯比,J。;Pokharel,P。;李,S。;莫尔斯,M。;新泽西州列侬。;Livak,K.J。;米克尔森,T.S。;Rinn,J.L.,《细胞命运决定的动力学和调节器通过单细胞的伪时间顺序揭示》,《国家生物技术》。,32,4381-386(2014年)
[7] Kemelmacher-Shlizerman,I。;谢赫特曼,E。;加格·R。;Seitz,S.M.,探索光生物,ACM Trans。图表。,30, 4, 61 (2011)
[8] Sifre,L。;Mallat,S。;Di,E.N.S.,《用于纹理识别的旋转、缩放和变形不变散射》(Proc.CVPR(2013))
[9] 塔尔蒙,R。;Coifman,R.R.,《使用经验几何的随机动力系统内在建模》,应用。计算。哈蒙。分析。,35, 1, 138-160 (2014) ·兹比尔1345.94023
[10] Berry,T。;克雷斯曼,J.R。;Greguric-Ferencek,Z。;Sauer,T.,从扩散映射延迟坐标的时间尺度分离,SIAM J.Appl。动态。系统。,12, 2, 618-649 (2013) ·Zbl 1291.37101号
[11] 辛格,A。;Erban,R。;Kevrekidis,I.G。;Coifman,R.R.,用各向异性扩散映射检测随机动力系统中的固有慢变量,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,106、38、16090-16095(2009)
[12] Ferguson,A.L。;Panagiotopoulos,A.Z。;Debenedetti,P.G。;Kevrekidis,I.G.,使用扩散图系统地确定链动力学的序参数,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,107,31,13597-13602(2010)
[13] 贝尔金,M。;Niyogi,P.,用于降维和数据表示的拉普拉斯本征映射,神经计算。,15, 1373-1396 (2003) ·Zbl 1085.68119号
[14] 科伊夫曼,R.R。;拉丰,S。;Lee,A.B。;Maggioni,M。;纳德勒,B。;华纳,F。;Zucker,S.W.,《几何扩散作为调和分析和数据结构定义的工具:扩散图》,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,102,21,7426-7431(2005)·Zbl 1405.42043号
[15] 科伊夫曼,R.R。;Lafon,S.,《几何谐波:经验函数多尺度样本外扩展的新工具》,应用。计算。哈蒙。分析。,21, 1, 31-52 (2006) ·Zbl 1095.68095号
[16] 辛格,A。;Coifman,R.R.,带扩散图的非线性独立成分分析,应用。计算。哈蒙。分析。,25, 2, 226-239 (2008) ·Zbl 1144.62044号
[17] 纳德勒,B。;拉丰,S。;科伊夫曼,R.R。;Kevrekidis,I.G.,扩散图,动力学系统的光谱聚类和反应坐标,应用。计算。哈蒙。分析。,21, 1, 113-127 (2006) ·Zbl 1103.60069号
[18] Rubner,Y。;托马西,C。;Guibas,L.J.,《推土机距离作为图像检索的度量标准》,国际计算机杂志。视觉。,40, 2, 99-121 (2000) ·Zbl 1012.68705号
[19] Mallat,S.,群不变散射,通用纯应用。数学。,65, 10, 1331-1398 (2012) ·Zbl 1282.47009号
[20] 塔尔蒙,R。;Coifman,R.R.,非线性建模和时间序列滤波的经验内禀几何,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,110,31,12535-12540(2013)
[21] 赵,Z。;Singer,A.,《低温环境下观察方向分类的旋转不变图像表示》,J.Struct。生物学,186,1153-166(2014)
[22] Rohrdanz,文学硕士。;郑伟。;Maggioni,M。;Clementi,C.,通过局部缩放扩散图确定反应坐标,J.Chem。物理。,134, 124116 (2011)
[23] 塔尔蒙,R。;马拉特,S。;Zaveri,H。;Coifman,R.R.,动力系统中潜在变量推理的流形学习,IEEE Trans。信号处理。,63, 15, 3843-3856 (2015) ·Zbl 1394.94015号
[24] Gerber,S。;Tasdizen,T。;Whitaker,R.,使用连续一维拉普拉斯特征映射进行鲁棒非线性降维,(第24届机器学习国际会议论文集(2007),ACM),281-288
[25] Wasserman,L.,《所有非参数统计》(2006),《Springer科学与商业:Springer科技与商业媒体》·Zbl 1099.62029号
[26] Othmer,H.G。;邓巴,S.R。;Alt,W.,《生物系统中的扩散模型》,J.Math。生物学,26,3,263-298(1988)·Zbl 0713.92018号
[27] 琼斯,P.W。;Maggioni,M。;Schul,R.,拉普拉斯和热核特征函数流形参数化,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,105,61803-1808(2008)·Zbl 1215.58012号
[28] 科伊夫曼,R.R。;Shkolnisky,Y。;西格沃思,F.J。;Singer,A.,Graph Laplacian tomography from unknown random projections,IEEE Trans。图像处理。,17, 10, 1891-1899 (2008) ·Zbl 1372.94055号
[29] Othmer,H.G。;Hillen,T.,从速度跳跃过程导出的传输方程的扩散极限,SIAM J.Appl。数学。,61, 3, 751-775 (2000) ·Zbl 1002.35120号
[30] Codling,E.A。;普朗克,M.J。;Benhamou,S.,《生物学中的随机行走模型》,J.R.Soc.Interface,5,25,813-834(2008)
[31] 贝利,O。;Werman,M.,用于改进sift匹配的线性时间直方图度量,(ECCV(2008))
[32] O.贝利。;Werman,M.,《快速而稳健的地球运动距离》(ICCV(2009))
[33] Leeb,W。;Coifman,R.,Lipschitz范数,混合了Lipschit范数及其对偶在半群空间上的应用,以及地球运动距离(2014),耶鲁大学,技术代表·Zbl 1358.46025号
[34] Rubner,Y。;Tomasi,C.,图像数据库导航的感知指标,第1卷(2000年),Springer
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。