As a tool for estimating networks in high dimensions, graphical models are commonly applied to calcium imaging data to estimate functional neuronal connectivity, i.e. relationships between the activities of neurons. However, in many calcium imaging data sets, the full population of neurons is not recorded simultaneously, but instead in partially overlapping blocks. This leads to the Graph Quilting problem, as first introduced by (Vinci et.al. 2019), in which the goal is to infer the structure of the full graph when only subsets of features are jointly observed. In this paper, we study a novel two-step approach to Graph Quilting, which first imputes the complete covariance matrix using low-rank covariance completion techniques before estimating the graph structure. We introduce three approaches to solve this problem: block singular value decomposition, nuclear norm penalization, and non-convex low-rank factorization. While prior works have studied low-rank matrix completion, we address the challenges brought by the block-wise missingness and are the first to investigate the problem in the context of graph learning. We discuss theoretical properties of the two-step procedure, showing graph selection consistency of one proposed approach by proving novel L infinity-norm error bounds for matrix completion with block-missingness. We then investigate the empirical performance of the proposed methods on simulations and on real-world data examples, through which we show the efficacy of these methods for estimating functional connectivity from calcium imaging data.


翻译:作为高维网络估计的工具,图模型常被应用于钙成像数据以估计功能性神经元连接性,即神经元活动之间的关系。然而,在许多钙成像数据集中,神经元整体并非被同时记录,而是以部分重叠的区块形式记录。这导致了图拼接问题(由 Vinci 等人于 2019 年首次提出),其目标是在仅联合观测到特征子集的情况下推断完整图的结构。本文研究了一种新颖的两步图拼接方法:首先利用低秩协方差补全技术补全协方差矩阵,随后估计图结构。我们提出了三种解决该问题的方法:区块奇异值分解、核范数惩罚以及非凸低秩分解。尽管已有研究探讨过低秩矩阵补全,但我们针对区块缺失带来的挑战进行了深入分析,并首次在图学习背景下研究该问题。我们讨论了两步程序的理论性质,通过证明区块缺失矩阵补全在 L∞ 范数误差界上的新结果,展示了其中一种方法在图选择一致性上的理论保证。最后,我们通过仿真实验和真实世界数据案例评估了所提出方法的实证性能,结果表明这些方法在钙成像数据的功能连接性估计中具有显著效果。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
美国当前高超音速导弹发展概述
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:03
《高超音速武器:一项再度兴起的技术》120页slides
无人机蜂群建模与仿真方法
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:08
澳大利亚发布《国防战略(2026年)》
专知会员服务
0+阅读 · 今天13:42
【CMU博士论文】迈向基于基础先验的 4D 感知研究
专知会员服务
0+阅读 · 今天13:46
全球高超音速武器最新发展趋势
专知会员服务
1+阅读 · 今天13:17
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员