Motivated by applications to single-particle cryo-electron microscopy (cryo-EM), we study several problems of function estimation in a high noise regime, where samples are observed after random rotation and possible linear projection of the function domain. We describe a stratification of the Fisher information eigenvalues according to transcendence degrees of graded pieces of the algebra of group invariants, and we relate critical points of the log-likelihood landscape to a sequence of moment optimization problems, extending previous results for a discrete rotation group without projections. We then compute the transcendence degrees and forms of these optimization problems for several examples of function estimation under $SO(2)$ and $SO(3)$ rotations, including a simplified model of cryo-EM as introduced by Bandeira, Blum-Smith, Kileel, Perry, Weed, and Wein. We affirmatively resolve conjectures that $3^\text{rd}$-order moments are sufficient to locally identify a generic signal up to its rotational orbit in these examples. For low-dimensional approximations of the electric potential maps of two small protein molecules, we empirically verify that the noise-scalings of the Fisher information eigenvalues conform with our theoretical predictions over a range of SNR, in a model of $SO(3)$ rotations without projections.


翻译:我们借助对单粒冷冻电子显微镜(cryo-EM)的应用,在高噪音制度下研究功能估计的若干问题,在高噪音制度下,在随机旋转和对功能域进行可能的线性投射后,对样本进行观测;我们根据不同组别代数代数的分级差分,描述渔业信息电子值的分层分层。我们肯定地将日志相似度的临界点与时间优化问题的顺序联系起来,将先前的离散旋转组合结果扩大到不作预测的顺序。然后,我们将这些优化问题的超度度和形式计算在美元(SO(2)美元)和美元(SO(3)值)的函数估计的几个例子,包括班达拉、布拉姆-斯迈特、基尔、佩里、韦德和魏因提出的简化的冷冻电子值模型模型。我们肯定地解决了日志相似度临界点,即3 ⁇ text{rd} $顺序时间足以在当地确定一种通用信号,直至这些不作预测的旋转轨道。对于两个小蛋白分子的电模型的低度近度近度地图,我们对S-RRR级预测进行了实验性预测,并核实。

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