In this paper, we consider topological featurizations of data defined over simplicial complexes, like images and labeled graphs, obtained by convolving this data with various filters before computing persistence. Viewing a convolution filter as a local motif, the persistence diagram of the resulting convolution describes the way the motif is distributed across the simplicial complex. This pipeline, which we call convolutional persistence, extends the capacity of topology to observe patterns in such data. Moreover, we prove that (generically speaking) for any two labeled complexes one can find some filter for which they produce different persistence diagrams, so that the collection of all possible convolutional persistence diagrams is an injective invariant. This is proven by showing convolutional persistence to be a special case of another topological invariant, the Persistent Homology Transform. Other advantages of convolutional persistence are improved stability, greater flexibility for data-dependent vectorizations, and reduced computational complexity for certain data types. Additionally, we have a suite of experiments showing that convolutions greatly improve the predictive power of persistence on a host of classification tasks, even if one uses random filters and vectorizes the resulting diagrams by recording only their total persistences.


翻译:本文考虑定义在单纯复形上的数据(如图像和标记图)的拓扑特征化方法,该方法在计算持久性之前将数据与各种滤波器进行卷积。将卷积滤波器视为局部模式,所得卷积的持久性图描述了该模式在单纯复形上的分布方式。这一流程(称为卷积持久性)扩展了拓扑学观测此类数据中模式的能力。此外,我们证明(一般而言)对于任意两个标记复形,总能找到某个滤波器使其生成不同的持久性图,因此所有可能的卷积持久性图构成的集合是一个单射不变量。这一结论通过证明卷积持久性是另一种拓扑不变量——持久同调变换——的特例而得证。卷积持久性的其他优势包括:更优的稳定性、对数据依赖性向量化的更高灵活性,以及针对特定数据类型降低计算复杂度。此外,我们通过系列实验表明,即使在采用随机滤波器且仅通过记录总持久性对所得图进行向量化的情况下,卷积仍能显著提升持久性在多种分类任务中的预测能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学(特别是功能分析)中,卷积是对两个函数(f和g)的数学运算,产生三个函数,表示第一个函数的形状如何被另一个函数修改。 卷积一词既指结果函数,又指计算结果的过程。 它定义为两个函数的乘积在一个函数反转和移位后的积分。 并针对所有shift值评估积分,从而生成卷积函数。
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【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
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
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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9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
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
3+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
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月6日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月5日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月5日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月4日
Arxiv
18+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
21+阅读 · 2021年2月13日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Directional Graph Networks
Arxiv
27+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
21+阅读 · 2019年8月21日
Arxiv
29+阅读 · 2017年12月6日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
相关VIP内容
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【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
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
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
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
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29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
论文浅尝 | Question Answering over Freebase
开放知识图谱
19+阅读 · 2018年1月9日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月6日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月5日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月5日
Arxiv
0+阅读 · 2024年3月4日
Arxiv
18+阅读 · 2022年11月21日
Arxiv
21+阅读 · 2021年2月13日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Directional Graph Networks
Arxiv
27+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
21+阅读 · 2019年8月21日
Arxiv
29+阅读 · 2017年12月6日
相关基金
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
3+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
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