We introduce a novel statistical framework for the analysis of replicated point processes that allows for the study of point pattern variability at a population level. By treating point process realizations as random measures, we adopt a functional analysis perspective and propose a form of functional Principal Component Analysis (fPCA) for point processes. The originality of our method is to base our analysis on the cumulative mass functions of the random measures which gives us a direct and interpretable analysis. Key theoretical contributions include establishing a Karhunen-Lo\`{e}ve expansion for the random measures and a Mercer Theorem for covariance measures. We establish convergence in a strong sense, and introduce the concept of principal measures, which can be seen as latent processes governing the dynamics of the observed point patterns. We propose an easy-to-implement estimation strategy of eigenelements for which parametric rates are achieved. We fully characterize the solutions of our approach to Poisson and Hawkes processes and validate our methodology via simulations and diverse applications in seismology, single-cell biology and neurosiences, demonstrating its versatility and effectiveness. Our method is implemented in the pppca R-package.


翻译:本文提出了一种用于分析重复点过程的新型统计框架,该框架能够在群体水平上研究点模式的变异性。通过将点过程实现视为随机测度,我们采用函数分析的视角,提出了一种适用于点过程的函数主成分分析(fPCA)形式。本方法的创新之处在于基于随机测度的累积质量函数进行分析,从而提供了直接且可解释的分析结果。关键的理论贡献包括建立了随机测度的Karhunen-Loève展开以及协方差测度的Mercer定理。我们在强收敛意义下建立了收敛性,并引入了主测度的概念,可将其视为支配观测点模式动态的潜在过程。我们提出了一种易于实现的特征元估计策略,并达到了参数速率。我们完整刻画了该方法在泊松过程和霍克斯过程中的解,并通过地震学、单细胞生物学和神经科学中的模拟与多样化应用验证了本方法的有效性,展示了其通用性和实用性。该方法已实现于pppca R软件包中。

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