We develop a data-driven optimal shrinkage algorithm for matrix denoising in the presence of high-dimensional noise with a separable covariance structure; that is, the noise is colored and dependent across samples. The algorithm, coined {\em extended OptShrink} (eOptShrink) depends on the asymptotic behavior of singular values and singular vectors of the random matrix associated with the noisy data. Based on the developed theory, including the sticking property of non-outlier singular values and delocalization of the non-outlier singular vectors associated with weak signals with a convergence rate, and the spectral behavior of outlier singular values and vectors, we develop three estimators, each of these has its own interest. First, we design a novel rank estimator, based on which we provide an estimator for the spectral distribution of the pure noise matrix, and hence the optimal shrinker called eOptShrink. In this algorithm we do not need to estimate the separable covariance structure of the noise. A theoretical guarantee of these estimators with a convergence rate is given. On the application side, in addition to a series of numerical simulations with a comparison with various state-of-the-art optimal shrinkage algorithms, we apply eOptShrink to extract maternal and fetal electrocardiograms from the single channel trans-abdominal maternal electrocardiogram.


翻译:我们提出了一种数据驱动的奇异值最优收缩算法,用于在高维噪声具有可分离协方差结构(即噪声在样本间存在色彩化和依赖关系)的情况下进行矩阵去噪。该算法被命名为**扩展最优收缩(eOptShrink)**,其依赖于含噪数据随机矩阵的奇异值与奇异向量的渐近行为。基于所发展的理论(包括非离群奇异值的黏滞性质、与弱信号关联的非离群奇异向量的离域化及其收敛速率,以及离群奇异值与向量的谱行为),我们构建了三种估计量,每种估计量均具有独立的理论价值。首先,设计了一种新型秩估计量,并基于此提出纯噪声矩阵谱分布的估计方法,进而获得称为eOptShrink的最优收缩器。该算法无需估计噪声的可分协方差结构。我们给出了这些估计量的理论保证及其收敛速率。在应用方面,除了一系列与当前最优收缩算法的数值模拟对比外,我们将eOptShrink应用于从单通道经腹母体心电图中提取母体与胎儿心电信号。

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
专知会员服务
55+阅读 · 2020年3月16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
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
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
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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 · 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
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
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 · 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
VIP会员
最新内容
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
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
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
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
论文浅尝 | 利用 RNN 和 CNN 构建基于 FreeBase 的问答系统
开放知识图谱
11+阅读 · 2018年4月25日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16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 · 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
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
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 · 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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员