Network inference has been extensively studied in several fields, such as systems biology and social sciences. Learning network topology and internal dynamics is essential to understand mechanisms of complex systems. In particular, sparse topologies and stable dynamics are fundamental features of many real-world continuous-time networks. Given that usually only a partial set of nodes are able to observe, in this paper, we consider linear continuous-time systems to depict networks since they can model unmeasured nodes via transfer functions. Additionally, measurements tend to be noisy and with low and varying sampling frequencies. For this reason, we consider continuous-time models (CT) since discrete-time approximations often require fine-grained measurements and uniform sampling steps. The developed method applies dynamical structure functions (DSFs) derived from linear stochastic differential equations (SDEs) to describe networks of measured nodes. Further, a numerical sampling method, preconditioned Crank-Nicolson (pCN), is used to refine coarse-grained trajectories to improve inference accuracy. The simulation conducted on random and ring networks, and a synthetic biological network illustrate that our method achieves state-of-the-art performance compared with group sparse Bayesian learning (GSBL), BINGO, kernel-based methods, dynGENIE3, GENIE3 and ARNI. In particular, these are challenging networks, suggesting that the developed method can be applied under a wide range of contexts.


翻译:在许多领域,如系统生物学和社会科学,对网络进行了广泛的研究;学习网络地形学和内部动态学对于理解复杂系统的机制至关重要;特别是,分散的地形学和稳定动态是许多现实世界连续时间网络的基本特征;鉴于通常只有部分节点能够观测到,本文认为线性连续时间系统可以描述网络,因为网络可以通过传输功能模拟非计量节点;此外,测量往往噪音,取样频率低且不同;因此,我们考虑连续时间模型(CT),因为离散时间近似往往需要细微的测量和统一取样步骤;开发的方法应用了线性分辨差异方程式的动态结构功能(DSFs)来描述测量节点的网络;此外,使用数字抽样方法,即以Crank-Nicolson(PCN)为先决条件的Crank-Nicolson(PCN),用来改进以粗度为基的轨迹的轨迹;为此,我们在随机网络和环形网络上进行的模拟,以及一个合成生物学习网络(DSFSFS),用我们的方法在比较的GENIA-L3下,这些方法可以显示我们的方法可以达到状态。

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