Many time series can be modeled as a sequence of segments representing high-level discrete states, such as running and walking in a human activity application. Flexible models should describe the system state and observations in stationary ``pure-state'' periods as well as transition periods between adjacent segments, such as a gradual slowdown between running and walking. However, most prior work assumes instantaneous transitions between pure discrete states. We propose a dynamical Wasserstein barycentric (DWB) model that estimates the system state over time as well as the data-generating distributions of pure states in an unsupervised manner. Our model assumes each pure state generates data from a multivariate normal distribution, and characterizes transitions between states via displacement-interpolation specified by the Wasserstein barycenter. The system state is represented by a barycentric weight vector which evolves over time via a random walk on the simplex. Parameter learning leverages the natural Riemannian geometry of Gaussian distributions under the Wasserstein distance, which leads to improved convergence speeds. Experiments on several human activity datasets show that our proposed DWB model accurately learns the generating distribution of pure states while improving state estimation for transition periods compared to the commonly used linear interpolation mixture models.


翻译:许多时间序列可以作为代表高度离散状态的区段序列进行模拟,例如运行和在人类活动应用中行走。灵活模型应当描述系统状态和在固定的“纯状态”期间以及相邻段间过渡期的系统状态和观察,例如运行和行走之间的逐渐减速。然而,大多数先前的工作假设了纯离散状态之间的瞬间转变。我们提议了一个动态瓦西斯坦巴以巴中枢(DWB)模型,该模型以不受监督的方式估计系统在时间上的状况以及纯状态的数据生成分布。我们的模型假设每个纯状态生成多变式正常分布的数据,并描述通过瓦塞斯坦巴列中心规定的迁移-内插图在国家之间的过渡状态和观察,例如运行和行走动之间的逐步减速。系统状态代表着一个粗心体重矢量矢量矢量矢量矢量的矢量矢量矢量矢量矢量矢量矢量矢量矢量矢量矢量矢量在纯离散状态上随机演演演演演。我们提议的瓦塞斯坦距离下的自然里曼对高斯分布的自然地理测量,从而提高趋同速度速度速度。在几个人类活动的实验上进行实验实验,同时将改进了我们使用的模型的模型的模型对模型的模型的模型进行对比。

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