We propose a multidimensional smoothing spline algorithm in the context of manifold learning. We generalize the bending energy penalty of thin-plate splines to a quadratic form on the Sobolev space of a flat manifold, based on the Frobenius norm of the Hessian matrix. This leads to a natural definition of smoothing splines on manifolds, which minimizes square error while optimizing a global curvature penalty. The existence and uniqueness of the solution is shown by applying the theory of reproducing kernel Hilbert spaces. The minimizer is expressed as a combination of Green's functions for the biharmonic operator, and 'linear' functions of everywhere vanishing Hessian. Furthermore, we utilize the Hessian estimation procedure from the Hessian Eigenmaps algorithm to approximate the spline loss when the true manifold is unknown. This yields a particularly simple quadratic optimization algorithm for smoothing response values without needing to fit the underlying manifold. Analysis of asymptotic error and robustness are given, as well as discussion of out-of-sample prediction methods and applications.


翻译:我们提出了一种适用于流形学习场景的多维平滑样条算法。通过基于Hessian矩阵的Frobenius范数,将薄板样条的弯曲能量惩罚项推广至平坦流形Sobolev空间中的二次型形式。这自然定义了流形上的平滑样条——在最小化平方误差的同时优化全局曲率惩罚项。利用再生核希尔伯特空间理论证明了该解的存在唯一性,其极小元可表示为双调和算子的格林函数与Hessian处处为零的"线性"函数的线性组合。进一步地,当真实流形未知时,我们采用Hessian特征映射算法中的Hessian估计方法近似样条损失函数。该方法无需拟合底层流形即可实现极为简洁的二次优化算法来平滑响应值。本文给出了渐近误差分析与鲁棒性证明,并讨论了样本外预测方法和应用场景。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18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
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2021年11月10日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26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”》
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
8+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
9+阅读 · 6月15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
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员