The Gaussian kernel and its traditional normalizations (e.g., row-stochastic) are popular approaches for assessing similarities between data points, commonly used for manifold learning and clustering, as well as supervised and semi-supervised learning on graphs. In many practical situations, the data can be corrupted by noise that prohibits traditional affinity matrices from correctly assessing similarities, especially if the noise magnitudes vary considerably across the data, e.g., under heteroskedasticity or outliers. An alternative approach that provides a more stable behavior under noise is the doubly stochastic normalization of the Gaussian kernel. In this work, we investigate this normalization in a setting where points are sampled from an unknown density on a low-dimensional manifold embedded in high-dimensional space and corrupted by possibly strong, non-identically distributed, sub-Gaussian noise. We establish the pointwise concentration of the doubly stochastic affinity matrix and its scaling factors around certain population forms. We then utilize these results to develop several tools for robust inference. First, we derive a robust density estimator that can substantially outperform the standard kernel density estimator under high-dimensional noise. Second, we provide estimators for the pointwise noise magnitudes, the pointwise signal magnitudes, and the pairwise Euclidean distances between clean data points. Lastly, we derive robust graph Laplacian normalizations that approximate popular manifold Laplacians, including the Laplace Beltrami operator, showing that the local geometry of the manifold can be recovered under high-dimensional noise. We exemplify our results in simulations and on real single-cell RNA-sequencing data. In the latter, we show that our proposed normalizations are robust to technical variability associated with different cell types.


翻译:高斯内核及其传统的正统性(例如,行式正正统性)是评估数据点之间相似性的流行方法,通常用于多重学习和组合,以及监督和半监督的图形学习。在许多实际情况下,数据可能因为噪音而腐蚀,因为噪音禁止传统的亲和矩阵正确评估相似性,特别是如果在数据中,噪音大小差异很大,例如,在心电图或离线下;另一种在噪音下提供更稳定行为的替代方法,是高斯内核的双向性正统性正常化。在这个工作中,我们在从高体空间内一个未知的低维密度中抽取点,进行这种正常化的采样,并被可能非常强的、非奇异分布、亚伽西安亚噪音所腐蚀。我们用双色的直径直线性粘度矩阵和某些人口形式的伸缩性因素,我们然后利用这些结果来开发一些相关工具,以坚固的直径直径直的离心根基内核内核。首先,我们从一个未知的低位数据型的直方位上,我们从一个不动的直方位的直方位的直方位数据直方位上,我们从一个直方向的直方位的直方位的直方位的直方位的平方位的平方位的平方位的平方位的平方位数据显示了一个直方位数据。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
246+阅读 · 2020年4月19日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年10月25日
Arxiv
0+阅读 · 2022年10月25日
VIP会员
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
73+阅读 · 2022年6月28日
专知会员服务
50+阅读 · 2020年12月14日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
71+阅读 · 2020年8月2日
因果图,Causal Graphs,52页ppt
专知会员服务
246+阅读 · 2020年4月19日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
相关资讯
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员