Heat diffusion processes have found wide applications in modelling dynamical systems over graphs. In this paper, we consider the recovery of a $k$-bandlimited graph signal that is an initial signal of a heat diffusion process from its space-time samples. We propose three random space-time sampling regimes, termed dynamical sampling techniques, that consist in selecting a small subset of space-time nodes at random according to some probability distribution. We show that the number of space-time samples required to ensure stable recovery for each regime depends on a parameter called the spectral graph weighted coherence, that depends on the interplay between the dynamics over the graphs and sampling probability distributions. In optimal scenarios, no more than $\mathcal{O}(k \log(k))$ space-time samples are sufficient to ensure accurate and stable recovery of all $k$-bandlimited signals. In any case, dynamical sampling typically requires much fewer spatial samples than the static case by leveraging the temporal information. Then, we propose a computationally efficient method to reconstruct $k$-bandlimited signals from their space-time samples. We prove that it yields accurate reconstructions and that it is also stable to noise. Finally, we test dynamical sampling techniques on a wide variety of graphs. The numerical results support our theoretical findings and demonstrate the efficiency.


翻译:热扩散过程在模拟动态系统的图象图象中发现,在图象图象的图象系统模型中发现广泛的应用。 在本文中,我们考虑从空间-时间样本中回收一个以美元为基段的有限图形信号,这是一个热扩散过程的初步信号。我们建议了三种随机空间-时间抽样制度,称为动态取样技术,即根据某种概率分布随机选择小部分空间-时间节点。我们表明,确保每个系统稳定恢复所需的空间-时间样本数量取决于一个称为光谱图加权一致性的参数,该参数取决于图形的动态和取样概率分布之间的相互作用。在最佳假设中,不超过$\mathcal{O}(k\log(k))美元-时间样本足以确保准确和稳定地恢复所有以美元计时段的信号。无论如何,动态取样通常需要比静态样本少得多的空间样本。然后,我们提出一种计算高效的方法,用以从空间-时间样本中重建以美元为基段的信号。在最理想的情景中,我们证明它能产生精确的重建,并且能够稳定地检验我们的数据采集结果。

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