Joint network topology inference represents a canonical problem of jointly learning multiple graph Laplacian matrices from heterogeneous graph signals. In such a problem, a widely employed assumption is that of a simple common component shared among multiple networks. However, in practice, a more intricate topological pattern, comprising simultaneously of sparse, homogeneity and heterogeneity components, would exhibit in multiple networks. In this paper, we propose a general graph estimator based on a novel structured fusion regularization that enables us to jointly learn multiple graph Laplacian matrices with such complex topological patterns, and enjoys both high computational efficiency and rigorous theoretical guarantee. Moreover, in the proposed regularization term, the topological pattern among networks is characterized by a Gram matrix, endowing our graph estimator with the ability of flexible modelling different types of topological patterns by different choices of the Gram matrix. Computationally, the regularization term, coupling the parameters together, makes the formulated optimization problem intractable and thus, we develop a computationally-scalable algorithm based on the alternating direction method of multipliers (ADMM) to solve it efficiently. Theoretically, we provide a theoretical analysis of the proposed graph estimator, which establishes a non-asymptotic bound of the estimation error under the high-dimensional setting and reflects the effect of several key factors on the convergence rate of our algorithm. Finally, the superior performance of the proposed method is illustrated through simulated and real data examples.


翻译:联合网络表层推论是共同从各种图象信号中学习多种图解 Laplacecian 矩阵的典型问题。 在这样一个问题中,广泛采用的假设是多个网络共享的简单共同组成部分。但在实践中,由稀散、同质和异质成分同时构成的更为复杂的地形模式将同时出现在多个网络中。在本文件中,我们提议了一个基于新型结构化整合规范的一般图示估计器,使我们能够共同学习多种图解 Laplaceian 矩阵,并具有如此复杂的地形模式,同时享有高计算效率和严格的理论保证。此外,在拟议正规化术语中,网络的表层模式以一个Gram矩阵为特征,将我们的图象估计器与灵活模拟不同类型地形模式的能力同时呈现在多个网络中。比较、正规化术语、将参数组合在一起,使得拟定的优化问题难以解决,因此,我们根据相互交替的乘数方向方法(ADMMM)和严格的理论保证,制定了一种可计算到可测量的算法。从理论角度,我们从若干种图表中确定了一种不精确的模型分析方法,从若干个图表中得出了一种不精确的模型,从结构上推算出一种不精确的模型,从一个不精确的数值推算出一种方法,从一个不精确地推算出。

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