As a tool for estimating networks in high dimensions, graphical models are commonly applied to calcium imaging data to estimate functional neuronal connectivity, i.e. relationships between the activities of neurons. However, in many calcium imaging data sets, the full population of neurons is not recorded simultaneously, but instead in partially overlapping blocks. This leads to the Graph Quilting problem, as first introduced by (Vinci et.al. 2019), in which the goal is to infer the structure of the full graph when only subsets of features are jointly observed. In this paper, we study a novel two-step approach to Graph Quilting, which first imputes the complete covariance matrix using low-rank covariance completion techniques before estimating the graph structure. We introduce three approaches to solve this problem: block singular value decomposition, nuclear norm penalization, and non-convex low-rank factorization. While prior works have studied low-rank matrix completion, we address the challenges brought by the block-wise missingness and are the first to investigate the problem in the context of graph learning. We discuss theoretical properties of the two-step procedure, showing graph selection consistency of one proposed approach by proving novel L infinity-norm error bounds for matrix completion with block-missingness. We then investigate the empirical performance of the proposed methods on simulations and on real-world data examples, through which we show the efficacy of these methods for estimating functional connectivity from calcium imaging data.


翻译:作为高维度网络估计工具,图形模型通常用于计算计算成像数据,以估计功能性神经神经神经连接,即神经神经活动之间的关系。然而,在许多钙成像数据集中,神经元的全部数量并非同时记录,而是部分重叠的区块。这导致了最初由(Vinci 等人,2019年)引入的图形堆积问题,目的是在只共同观测成份时推算完整图的结构。本文我们研究了一种新型的“堆积图”两步方法,首先利用低级堆积完成技术对完整的共变数矩阵进行浸透,然后才估算图形结构的结构结构。我们引入了三种解决这一问题的方法:单值拆解、核规范处罚和非电流低因子化系数化。在以前的工作研究过低级矩阵完成情况时,我们研究的是“块质量缺失”所带来的挑战,这是在图表学习过程中首先调查的问题。我们用“低级堆积法”的理论性矩阵模型,我们用“双级”模型分析了“堆积”方法的完整度,我们用“双级”模型模拟方法对“格式”进行模拟分析,我们用“格式分析,用“格式”的模拟方法展示了“格式”的理论性分析。我们用“模拟方法展示了“格式”的“结果,用“格式”的理论性能模型方法展示了“模拟方法,用“格式”的“格式”的模拟方法展示了“格式”的“结果,通过“格式”的“格式”的“格式”的“模拟方法,通过“模拟”的“格式”的“模拟”的“模拟方法,通过“模拟方法,用“模拟”的“格式”的“模拟性能性能性能性能性能性能性能性能性能性能”展示了“模拟方法,我们用“模拟方法,我们用“模拟方法”的方法展示了“模拟方法”展示了“模拟方法”的方法展示了“结果”的理论性”。我们用“模拟方法”的理论性能”的方法展示了“模拟方法,我们用“模拟方法,我们用“模拟方法”的理论性”。

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