Given the common problem of missing data in real-world applications from various fields, such as remote sensing, ecology and meteorology, the interpolation of missing spatial and spatio-temporal data can be of tremendous value. Existing methods for spatial interpolation, most notably Gaussian processes and spatial autoregressive models, tend to suffer from (a) a trade-off between modelling local or global spatial interaction, (b) the assumption there is only one possible path between two points, and (c) the assumption of homogeneity of intermediate locations between points. Addressing these issues, we propose a value propagation method, inspired by Markov reward processes (MRPs), as a spatial interpolation method, and introduce two variants thereof: (i) a static discount (SD-MRP) and (ii) a data-driven weight prediction (WP-MRP) variant. Both these interpolation variants operate locally, while implicitly accounting for global spatial relationships in the entire system through recursion. We evaluated our proposed methods by comparing the mean absolute errors and running times of interpolated grid cells to those of 7 common baselines. Our analysis involved detailed experiments on two synthetic and two real-world datasets over 44 total experimental conditions. Experimental results show the competitive advantage of MRP interpolation on real-world data, as the average performance of SD-MRP on real-world data under all experimental conditions was ranked significantly higher than that of all other methods, followed by WP-MRP. On synthetic data, we show that WP-MRP can perform better than SD-MRP given sufficiently informative features. We further found that, even in cases where our methods had no significant advantage over baselines numerically, our methods preserved the spatial structure of the target grid better than the baselines.


翻译:鉴于从遥感、生态和气象学等不同领域实际应用中缺少数据这一共同问题,在现实世界应用领域,例如遥感、生态和气象学中缺少数据这一常见问题,对缺失的空间和时空数据进行内插可能具有巨大的价值。现有的空间内插方法,最明显的是高斯进程和空间自反向反向模型,往往受到以下两种因素的影响:(a) 当地或全球空间互动建模之间的权衡,(b) 假设两个点之间只有一个可能的路径,(c) 假设中间点的位置具有同质性。解决这些问题,我们提出一种价值传播方法,在Markov奖励进程(MRPs)的启发下,作为一种空间内插方法,并引入两种变式:(i) 静式贴现(SD-MRP)和空间自反向回归模型,以及(ii) 数据驱动权加权加权加权加权数(WP-M)和(W-M)之间的现有数据,我们的分析显示,在SD-M的所有实际基线下,我们两个实际的内置电网的电网运行情况比实际基线都比实际基线要好。我们的两个实验性数据在SD-SD-SD-SD的实验中,两个实际数据中,在两个实际数据平均数据中发现两个实际数据实验结果的精确结果中,两个模型中,我们的数据优势是两个模型的合成数据实验性能的实验性实验性实验性结果中发现两个不同的结果。

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