Modeling non-Euclidean data is drawing attention along with the unprecedented successes of deep neural networks in diverse fields. In particular, symmetric positive definite (SPD) matrix is being actively studied in computer vision, signal processing, and medical image analysis, thanks to its ability to learn appropriate statistical representations. However, due to its strong constraints, it remains challenging for optimization problems or inefficient computation costs, especially, within a deep learning framework. In this paper, we propose to exploit a diffeomorphism mapping between Riemannian manifolds and a Cholesky space, by which it becomes feasible not only to efficiently solve optimization problems but also to reduce computation costs greatly. Further, in order for dynamics modeling in time series data, we devise a continuous manifold learning method by integrating a manifold ordinary differential equation and a gated recurrent neural network in a systematic manner. It is noteworthy that because of the nice parameterization of matrices in a Cholesky space, it is straightforward to train our proposed network with Riemannian geometric metrics equipped. We demonstrate through experiments that the proposed model can be efficiently and reliably trained as well as outperform existing manifold methods and state-of-the-art methods in two classification tasks: action recognition and sleep staging classification.


翻译:建模非欧元数据正在引起人们的注意,与此同时,不同领域深层神经网络也取得了前所未有的成功,特别是正对正正确定(SPD)矩阵正在计算机视觉、信号处理和医学图像分析方面进行积极研究,这要归功于它是否有能力学习适当的统计表述;然而,由于它受到强烈的制约,它对于优化问题或低效率计算成本仍然具有挑战性,特别是在深层学习框架内。在本文件中,我们提议利用里曼尼亚元体和Choolesky空间之间的地貌形态图绘制方法,通过这种方法不仅可以有效地解决优化问题,而且可以大大降低计算费用。此外,为了在时间序列数据中建模动态,我们设计了一种连续的多重学习方法,方法是系统地整合一个多元的普通差异方程式和一个封闭的经常性神经网络。值得注意的是,由于Choolesky空间矩阵的参数比较良好,因此可以直截然地用Riemann式的几何测量尺度来培训我们提议的网络。我们通过实验证明,拟议的模型可以有效和可靠地训练出超越了现有几何分类方法以及状态。

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