Estimating time-varying graphical models are of paramount importance in various social, financial, biological, and engineering systems, since the evolution of such networks can be utilized for example to spot trends, detect anomalies, predict vulnerability, and evaluate the impact of interventions. Existing methods require extensive tuning of parameters that control the graph sparsity and temporal smoothness. Furthermore, these methods are computationally burdensome with time complexity O(NP^3) for P variables and N time points. As a remedy, we propose a low-complexity tuning-free Bayesian approach, named BADGE. Specifically, we impose temporally-dependent spike-and-slab priors on the graphs such that they are sparse and varying smoothly across time. A variational inference algorithm is then derived to learn the graph structures from the data automatically. Owning to the pseudo-likelihood and the mean-field approximation, the time complexity of BADGE is only O(NP^2). Additionally, by identifying the frequency-domain resemblance to the time-varying graphical models, we show that BADGE can be extended to learning frequency-varying inverse spectral density matrices, and yields graphical models for multivariate stationary time series. Numerical results on both synthetic and real data show that that BADGE can better recover the underlying true graphs, while being more efficient than the existing methods, especially for high-dimensional cases.


翻译:估计时间的图形模型在各种社会、金融、生物和工程系统中具有至关重要的意义,因为这种网络的演变可以用来发现趋势,发现异常现象,预测脆弱性,评估干预的影响。现有方法需要广泛调整参数,以控制图形的宽度和时间平滑性。此外,这些方法在计算上繁琐,P变量和N时间点的时间复杂性为O(NP3/3)。作为一种补救措施,我们建议采用低兼容性调无Bayesian(称为BADGE)方法。具体地说,我们可以在图表上设置暂时依赖的钉点和板前缀,以便发现它们随时稀少和变化不定,并评估干预干预的影响。然后,从数据中自动学习图形结构结构的变异性算法。对假相似性和中,BADGE的时间复杂性只有O(NP2),此外,通过确定频率与时间分布式的图形模型的相似性,我们表明BADGE可以扩展到学习频率变化频率和频率变化性前期的图表,同时,在多光谱模型中特别能反映真实的BADGE的图像数据压度高,同时显示的是,其真实的模型能够更好地恢复。

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