Graphical model selection is a seemingly impossible task when many pairs of variables are never jointly observed; this requires inference of conditional dependencies with no observations of corresponding marginal dependencies. This under-explored statistical problem arises in neuroimaging, for example, when different partially overlapping subsets of neurons are recorded in non-simultaneous sessions. We call this statistical challenge the "Graph Quilting" problem. We study this problem in the context of sparse inverse covariance learning, and focus on Gaussian graphical models where we show that missing parts of the covariance matrix yields an unidentifiable precision matrix specifying the graph. Nonetheless, we show that, under mild conditions, it is possible to correctly identify edges connecting the observed pairs of nodes. Additionally, we show that we can recover a minimal superset of edges connecting variables that are never jointly observed. Thus, one can infer conditional relationships even when marginal relationships are unobserved, a surprising result! To accomplish this, we propose an $\ell_1$-regularized partially observed likelihood-based graph estimator and provide performance guarantees in population and in high-dimensional finite-sample settings. We illustrate our approach using synthetic data, as well as for learning functional neural connectivity from calcium imaging data.


翻译:图模型选择在变量对从未被联合观测时看似不可能完成的任务;这要求在没有对应边际依赖观测的情况下推断条件依赖关系。这一未被充分探索的统计问题出现在神经影像学中,例如,当不同部分重叠的神经元子集在非同步实验中记录时。我们将这一统计挑战称为"图拼接"问题。我们在稀疏逆协方差学习的背景下研究该问题,重点关注高斯图模型,并证明协方差矩阵缺失部分会导致指定图的精度矩阵不可识别。尽管如此,我们证明在温和条件下,可以正确识别连接观测节点对的边。此外,我们证明可以恢复连接从未被联合观测的变量的最小超集。因此,即使在边际关系未被观测的情况下也能推断条件关系,这一结果令人惊讶!为此,我们提出了一种基于ℓ1正则化部分观测似然的图估计量,并在总体以及高维有限样本场景中提供了性能保证。我们通过合成数据以及从钙成像数据学习功能神经连接性来展示我们的方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

《图形模型》是国际公认的高评价的顶级期刊,专注于图形模型的创建、几何处理、动画和可视化,以及它们在工程、科学、文化和娱乐方面的应用。GMOD为其读者提供了经过彻底审查和精心挑选的论文,这些论文传播令人兴奋的创新,传授严谨的理论基础,提出健壮和有效的解决方案,或描述各种主题中的雄心勃勃的系统或应用程序。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/cvgip/
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
【干货书】机器学习速查手册,135页pdf
专知会员服务
127+阅读 · 2020年11月20日
专知会员服务
54+阅读 · 2020年11月3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
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10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
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20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
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
【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
0+阅读 · 2016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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年8月18日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月4日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月1日
Arxiv
10+阅读 · 2021年11月3日
Arxiv
19+阅读 · 2021年2月4日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
1+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
3+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
5+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
7+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
5+阅读 · 5月29日
相关VIP内容
相关资讯
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20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
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
【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
0+阅读 · 2016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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年8月18日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员