This paper aims to develop a simple procedure to reduce and control the condition number of random matrices, and investigate the effect on the persistent homology (PH) of point clouds of well- and ill-conditioned matrices. For a square matrix generated randomly using Gaussian/Uniform distribution, the SVD-Surgery procedure works by: (1) computing its singular value decomposition (SVD), (2) replacing the diagonal factor by changing a list of the smaller singular values by a convex linear combination of the entries in the list, and (3) compute the new matrix by reversing the SVD. Applying SVD-Surgery on a matrix often results in having different diagonal factor to those of the input matrix. The spatial distribution of random square matrices are known to be correlated to the distribution of their condition numbers. The persistent homology (PH) investigations, therefore, are focused on comparing the effect of SVD-Surgery on point clouds of large datasets of randomly generated well-conditioned and ill-conditioned matrices, as well as that of the point clouds formed by their inverses. This work is motivated by the desire to stabilise the impact of Deep Learning (DL) training on medical images in terms of the condition numbers of their sets of convolution filters as a mean of reducing overfitting and improving robustness against tolerable amounts of image noise. When applied to convolution filters during training, the SVD-Surgery acts as a spectral regularisation of the DL model without the need for learning extra parameters. We shall demonstrate that for several point clouds of sufficiently large convolution filters our simple strategy preserve filters norm and reduces the norm of its inverse depending on the chosen linear combination parameters. Moreover, our approach showed significant improvements towards the well-conditioning of matrices and stable topological behaviour.


翻译:本文旨在开发一个简单的程序,以减少和控制随机矩阵的条件数量,并调查对精密和条件差的矩阵的点云云的持久性同质(PH)的影响。对于使用高森/Uniform分布随机生成的方格, SVD-外科手术程序的工作是:(1) 计算其单值分解(SVD),(2) 通过将列表条目的分流线组合改变一个较小单值列表,来取代对数值列表中的单值列表,(3) 通过逆转 SVD 来计算新的矩阵。在正常的矩阵中应用 SVD- 外科手术,往往导致对输入矩阵的数值有不同的对等系数。 随机方格分布的空间分布与其条件值的分布相关。 因此, 持续的同系调查的重点是比较SVD- 外科手术对随机选择的过滤器的精度组合云层的影响, 并且通过逆转 SVD- 外科手术对不断变异变的值进行计算, 其深度的轨迹值将显示我们不断变异变的变变的曲线, 将显示我们不断变动的机的变换的机的变换的机的变形的变形, 。

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