We study estimation of piecewise smooth signals over a graph. We propose a $\ell_{2,0}$-norm penalized Graph Trend Filtering (GTF) model to estimate piecewise smooth graph signals that exhibits inhomogeneous levels of smoothness across the nodes. We prove that the proposed GTF model is simultaneously a k-means clustering on the signal over the nodes and a minimum graph cut on the edges of the graph, where the clustering and the cut share the same assignment matrix. We propose two methods to solve the proposed GTF model: a spectral decomposition method and a method based on simulated annealing. In the experiment on synthetic and real-world datasets, we show that the proposed GTF model has a better performances compared with existing approaches on the tasks of denoising, support recovery and semi-supervised classification. We also show that the proposed GTF model can be solved more efficiently than existing models for the dataset with a large edge set.


翻译:本文研究了基于图的分段平滑信号估计。我们提出了一种$l_{2,0}$-范数惩罚的图趋势过滤(GTF)模型,用于估计在节点之间呈现不同平滑程度的分段平滑图信号。我们证明了所提出的GTF模型同时是信号节点上的k-means聚类和图边缘上的最小割,其中聚类和割共享同一分配矩阵。我们提出了两种求解所提出的GTF模型的方法:一种是基于谱分解,另一种是基于模拟退火。在合成数据和实际数据集上的实验中,我们展示了所提出的GTF模型在去噪、支持恢复和半监督分类任务上比现有方法具有更好的性能。我们还展示了所提出的GTF模型在具有大量边集的数据集上比现有模型更有效率地求解。

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