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)是多变量时间序列频域分析中的核心研究对象。谱精度矩阵的估计是计算平稳时间序列部分相干性与图模型选择的关键步骤。当多变量时间序列的维度适中或较高时,传统谱密度矩阵估计量(如平均周期图)往往呈现严重病态性,此时需要借助涉及复变量优化的适当正则化策略。本文提出复数图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$\textit{径路坐标下降}$算法,用于在大维度时间序列数据集上实现CGLASSO。算法开发的核心依赖于复数矩阵与实数矩阵之间的环同构,该同构性可将多个复变量优化问题映射为类似的实变量优化问题。这一发现可能具有独立研究价值,且可更广泛地应用于高维复数数据的统计分析。我们同时提出了所提出估计量的完整非渐近理论,表明当潜在谱精度矩阵满足适当稀疏性时,在高维场景下仍可实现一致估计。我们通过模拟数据集比较CGLASSO与竞争方法的性能,并利用其实例构建真实fMRI数据集大脑区域间的部分相干网络。

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
21+阅读 · 2023年7月12日
Arxiv
31+阅读 · 2021年6月30日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月25日
Arxiv
49+阅读 · 2021年5月9日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22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