Spectral precision matrix, the inverse of a spectral density matrix, is an object of central interest in frequency-domain analysis of multivariate time series. Estimation of spectral precision matrix is a key step in calculating partial coherency and graphical model selection of stationary time series. When the dimension of a multivariate time series is moderate to large, traditional estimators of spectral density matrices such as averaged periodograms tend to be severely ill-conditioned, and one needs to resort to suitable regularization strategies involving optimization over complex variables. In this work, we propose complex graphical Lasso (CGLASSO), an $\ell_1$-penalized estimator of spectral precision matrix based on local Whittle likelihood maximization. We develop fast $\textit{pathwise coordinate descent}$ algorithms for implementing CGLASSO on large dimensional time series data sets. At its core, our algorithmic development relies on a ring isomorphism between complex and real matrices that helps map a number of optimization problems over complex variables to similar optimization problems over real variables. This finding may be of independent interest and more broadly applicable for high-dimensional statistical analysis with complex-valued data. We also present a complete non-asymptotic theory of our proposed estimator which shows that consistent estimation is possible in high-dimensional regime as long as the underlying spectral precision matrix is suitably sparse. We compare the performance of CGLASSO with competing alternatives on simulated data sets, and use it to construct partial coherence network among brain regions from a real fMRI data set.


翻译:谱精度矩阵,即谱密度矩阵的逆,是多元时间序列频域分析中的核心研究对象。估计谱精度矩阵是计算平稳时间序列部分相干性和图模型选择的关键步骤。当多元时间序列的维数处于中等至较大规模时,传统的谱密度矩阵估计量(如平均周期图)往往呈现严重病态,因此需要采用涉及复变量优化的恰当正则化策略。本文提出复图Lasso(CGLASSO),一种基于局部Whittle似然最大化的谱精度矩阵$\ell_1$惩罚估计量。我们开发了快速的路径坐标下降算法,用于在大维时间序列数据集上实现CGLASSO。该算法的核心依赖于复矩阵与实矩阵之间的环同构,该同构可将一系列复变量优化问题映射为类似实变量优化问题。这一发现可能具有独立价值,可更广泛地应用于复值数据的高维统计分析。我们同时给出了所提估计量的完整非渐近理论,表明只要潜在谱精度矩阵具有适当的稀疏性,在高维框架下即可实现一致估计。我们通过模拟数据集比较了CGLASSO与竞品方案的性能,并利用真实fMRI数据集构建了脑区间的偏相干网络。

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
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18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
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
0+阅读 · 2017年12月31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
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月2日
Arxiv
0+阅读 · 2024年2月29日
Arxiv
0+阅读 · 2024年2月29日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
4+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
4+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
5+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
15+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
12+阅读 · 6月4日
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
12+阅读 · 6月4日
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
9+阅读 · 6月4日
相关资讯
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18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
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
0+阅读 · 2017年12月31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
1+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
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员