We introduce the probabilistic sequential matrix factorization (PSMF) method for factorizing time-varying and non-stationary datasets consisting of high-dimensional time-series. In particular, we consider nonlinear Gaussian state-space models where sequential approximate inference results in the factorization of a data matrix into a dictionary and time-varying coefficients with potentially nonlinear Markovian dependencies. The assumed Markovian structure on the coefficients enables us to encode temporal dependencies into a low-dimensional feature space. The proposed inference method is solely based on an approximate extended Kalman filtering scheme, which makes the resulting method particularly efficient. PSMF can account for temporal nonlinearities and, more importantly, can be used to calibrate and estimate generic differentiable nonlinear subspace models. We also introduce a robust version of PSMF, called rPSMF, which uses Student-t filters to handle model misspecification. We show that PSMF can be used in multiple contexts: modeling time series with a periodic subspace, robustifying changepoint detection methods, and imputing missing data in several high-dimensional time-series, such as measurements of pollutants across London.


翻译:我们引入了由高维时间序列组成的时间变化和非静止数据集因素化的概率连续矩阵系数法(PSMF)方法。特别是,我们考虑的是非线性高斯州空间模型,在这些模型中,序列近似推推推力导致数据矩阵因子化成为字典和时间变化系数,具有潜在的非线性马尔科维亚依赖性。根据系数假设的马多维结构,我们可以将时间依赖性编码成一个低维特征空间。拟议的推断方法完全基于近似扩展的卡尔曼过滤法,这使得由此产生的方法特别高效。PSMF可以考虑时间非线性因素,更重要的是,可以用来校准和估计通用的、可区分的非线性非线性子空间模型。我们还引入了一种强大的PSMF(称为 rPSMF,使用学生过滤器处理模型辨别错误)。我们表明,PSMF可以多种情况下使用:用定期子空间模拟的时间序列、稳健的改变点检测方法,并用高标准式测测测测制伦敦的多种数据。

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