Compositional data arise in many areas of research in the natural and biomedical sciences. One prominent example is in the study of the human gut microbiome, where one can measure the relative abundance of many distinct microorganisms in a subject's gut. Often, practitioners are interested in learning how the dependencies between microbes vary across distinct populations or experimental conditions. In statistical terms, the goal is to estimate a covariance matrix for the (latent) log-abundances of the microbes in each of the populations. However, the compositional nature of the data prevents the use of standard estimators for these covariance matrices. In this article, we propose an estimator of multiple covariance matrices which allows for information sharing across distinct populations of samples. Compared to some existing estimators, which estimate the covariance matrices of interest indirectly, our estimator is direct, ensures positive definiteness, and is the solution to a convex optimization problem. We compute our estimator using a proximal-proximal gradient descent algorithm. Asymptotic properties of our estimator reveal that it can perform well in high-dimensional settings. Through simulation studies, we demonstrate that our estimator can outperform existing estimators. We show that our method provides more reliable estimates than competitors in an analysis of microbiome data from subjects with chronic fatigue syndrome.


翻译:成分数据在自然科学和生物医学等众多研究领域中出现。一个显著的例子是人类肠道微生物组研究,其中可以测量受试者肠道内多种不同微生物的相对丰度。通常,研究者们希望了解不同人群或实验条件下微生物之间依赖关系的变化。从统计学的角度来看,目标是估计每个总体中微生物(潜在)对数丰度的协方差矩阵。然而,数据的成分性质阻碍了在这些协方差矩阵上使用标准估计量。在本文中,我们提出了一种多协方差矩阵的估计量,该估计量允许在不同样本总体之间共享信息。与一些间接估计感兴趣协方差矩阵的现有估计量相比,我们的估计量是直接的,确保正定性,并且是一个凸优化问题的解。我们使用近端-近端梯度下降算法来计算该估计量。其渐近性质表明,该估计量在高维设置中表现良好。通过模拟研究,我们证明该估计量可以优于现有的估计量。在对慢性疲劳综合征受试者的微生物组数据进行分析时,我们发现该方法比竞争方法提供了更可靠的估计。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月16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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17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
0+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
6+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
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
69+阅读 · 2022年9月7日
Arxiv
16+阅读 · 2022年5月17日
Arxiv
18+阅读 · 2021年3月16日
Recent advances in deep learning theory
Arxiv
52+阅读 · 2020年12月20日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
VIP会员
最新内容
俄乌战争中乌克兰防空能力演变与见解(中文版)
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
5+阅读 · 今天5:37
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
3+阅读 · 今天5:35
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天5:24
人工智能赋能无人机:俄乌战争(万字长文)
专知会员服务
6+阅读 · 4月23日
国外海军作战管理系统与作战训练系统
专知会员服务
3+阅读 · 4月23日
美军条令《海军陆战队规划流程(2026版)》
专知会员服务
11+阅读 · 4月23日
《压缩式分布式交互仿真标准》120页
专知会员服务
5+阅读 · 4月23日
相关VIP内容
【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月16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
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
学习自然语言处理路线图
专知会员服务
140+阅读 · 2019年9月24日
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17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
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
相关基金
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
0+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
6+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
5+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员