The paper introduces a novel non-parametric Riemannian regression method using Isometric Riemannian Manifolds (IRMs). The proposed technique, Intrinsic Local Polynomial Regression on IRMs (ILPR-IRMs), enables global data mapping between Riemannian manifolds while preserving underlying geometries. The ILPR method is generalized to handle multivariate covariates on any Riemannian manifold and isometry. Specifically, for manifolds equipped with Euclidean Pullback Metrics (EPMs), a closed analytical formula is derived for the multivariate ILPR (ILPR-EPM). Asymptotic statistical properties of the ILPR-EPM for the multivariate local linear case are established, including a formula for the asymptotic bias, establishing estimator consistency. The paper showcases possible applications of the method by focusing on a group of Riemannian metrics on the Symmetric Positive Definite (SPD) manifold, which arises in machine learning and neuroscience. It is demonstrated that several metrics on the SPD manifold are EPMs, resulting in a closed analytical expression for the multivariate ILPR estimator on the SPD manifold. The paper evaluates the ILPR estimator's performance under two specific EPMs, Log-Cholesky and Log-Euclidean, on simulated data on the SPD manifold and compares it with extrinsic LPR using the Affine-Invariant when scaling the manifold and covariate dimension. The results show that the ILPR using the Log-Cholesky metric is computationally faster and provides a better trade-off between error and time than other metrics. Finally, the Log-Cholesky metric on the SPD manifold is employed to implement an efficient and intrinsic version of Rie-SNE for visualizing high-dimensional SPD data. The code for implementing ILPR-EPMs and other relevant calculations is available on the GitHub page.


翻译:本文提出了一种基于等距黎曼流形(IRMs)的新型非参数黎曼回归方法。所提出的技术——IRMs上的本征局部多项式回归(ILPR-IRMs)——能够在保持底层几何结构的同时实现黎曼流形间的全局数据映射。ILPR方法被推广至处理任意黎曼流形及等距变换上的多元协变量。具体而言,对于配备欧几里得拉回度量(EPMs)的流形,我们推导出了多元ILPR(ILPR-EPM)的闭式解析公式。建立了多元局部线性情形下ILPR-EPM的渐近统计性质,包括渐近偏差公式,从而证明了估计量的一致性。本文通过聚焦于机器学习和神经科学中出现的对称正定(SPD)流形上的一组黎曼度量,展示了该方法的可能应用。我们证明了SPD流形上的若干度量均为EPMs,从而得到了SPD流形上多元ILPR估计量的闭式解析表达式。本文在SPD流形模拟数据上比较了两种特定EPM(对数-乔列斯基度量与对数-欧几里得度量)下ILPR估计量的性能,并通过缩放流形与协变量维度时的仿射不变度量将其与外蕴LPR进行对比。结果表明,采用对数-乔列斯基度量的ILPR计算速度更快,且在误差与时间之间提供了更优的权衡。最后,我们利用SPD流形上的对数-乔列斯基度量实现了用于高维SPD数据可视化的高效本征型Rie-SNE算法。用于实现ILPR-EPMs及其他相关计算的代码已在GitHub页面公开。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【硬核书】矩阵代数基础,248页pdf
专知会员服务
88+阅读 · 2021年12月9日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16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
【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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
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
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9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 · 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
1+阅读 · 2013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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:04
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
5+阅读 · 今天13:49
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
4+阅读 · 今天13:37
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
专知会员服务
4+阅读 · 今天13:11
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
“史诗怒火行动”中美军损失的作战飞机
专知会员服务
6+阅读 · 5月29日
ICML 2026 | 理解上下文持续学习中的泛化与遗忘
专知会员服务
5+阅读 · 5月28日
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
【硬核书】矩阵代数基础,248页pdf
专知会员服务
88+阅读 · 2021年12月9日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16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
【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
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
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
【SIGIR2018】五篇对抗训练文章
专知
12+阅读 · 2018年7月9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 · 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
1+阅读 · 2013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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+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 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员