In this work we consider the setting where many networks are observed on a common node set, and each observation comprises edge weights of a network, covariates observed at each node, and a network-level response. Our motivating application is neuroimaging, where edge weights could be functional connectivity measured between an atlas of brain regions, node covariates could be task activations at each brain region, and disease status or score on a behavioral task could be the response of interest. The goal is to use the edge weights and node covariates to predict the response and to identify a parsimonious and interpretable set of predictive features. We propose an approach that makes use of feature groups defined according to a community structure believed to exist in the network (naturally occurring in neuroimaging applications). We propose two schemes for forming feature groups where each group incorporates both edge weights and node covariates, and derive algorithms for both schemes optimization using an overlapping group LASSO penalty. Empirical results on synthetic data show that in certain settings our method, relative to competing approaches, has similar or improved prediction error along with superior support recovery, enabling a more interpretable and potentially a more accurate understanding of the underlying process. We also apply the method to neuroimaging data from the Human Connectome Project. Our approach is widely applicable in human neuroimaging where interpretability and parsimony are highly desired, and can be applied in any other domain where edge and node covariates are used to predict a response.


翻译:在这项工作中,我们考虑在共同节点设置上观测许多网络的设置,每个观测包括网络的边缘重量,每个节点观测到的共变数,以及网络一级的反应。我们的激励应用是神经成形,其中边缘重量可以是脑区域地图之间的功能连接,节点共变数可以是每个大脑区域的任务启动,疾病状况或行为任务评分可以是感兴趣的反应。目标是利用边重和节差共变来预测反应,并找出一套可解释的预测特征。我们建议采用一种方法,利用根据网络中据信存在的社区结构界定的特征组(在神经成像应用中自然出现)。我们建议两种方法,组成特征组,其中每个群体既包括边缘重量,也包括结结点变量,也可以用重叠的组合罚款来得出两种计划优化的算法。合成数据的预测结果表明,在某些环境下,我们的方法与相互竞争的方法相比,具有相似或改进的预测误差,与高级支持一道,根据网络中相信的社区结构结构界定的特征组(在神经成应用过程中自然自然发生自然的自然变异),我们提出了两种方法可以更广泛地解释,在人类的轨道上进行更精确的解读。

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