We present a thorough study of the theoretical properties and devise efficient algorithms for the \emph{persistent Laplacian}, an extension of the standard combinatorial Laplacian to the setting of pairs (or, in more generality, sequences) of simplicial complexes $K \hookrightarrow L$, which was independently introduced by Lieutier et al. and by Wang et al. In particular, in analogy with the non-persistent case, we first prove that the nullity of the $q$-th persistent Laplacian $\Delta_q^{K,L}$ equals the $q$-th persistent Betti number of the inclusion $(K \hookrightarrow L)$. We then present an initial algorithm for finding a matrix representation of $\Delta_q^{K,L}$, which itself helps interpret the persistent Laplacian. We exhibit a novel relationship between the persistent Laplacian and the notion of Schur complement of a matrix which has several important implications. In the graph case, it both uncovers a link with the notion of effective resistance and leads to a persistent version of the Cheeger inequality. This relationship also yields an additional, very simple algorithm for finding (a matrix representation of) the $q$-th persistent Laplacian which in turn leads to a novel and fundamentally different algorithm for computing the $q$-th persistent Betti number for a pair $(K,L)$ which can be significantly more efficient than standard algorithms. Finally, we study persistent Laplacians for simplicial filtrations and present novel stability results for their eigenvalues. Our work brings methods from spectral graph theory, circuit theory, and persistent homology together with a topological view of the combinatorial Laplacian on simplicial complexes.


翻译:我们对理论属性进行了彻底研究,并为\ emph{ persistant Laplacian} 设计了高效的算法, 标准组合式拉普拉契亚值的无效性, 相当于包含( K\ hookrightrow L) $ 的一对( 或者, 更一般地, 序列) 的一对( K\ hookrightrow L$, 由Liauter et al. 和 Wang et al. 独立推出。 特别是, 与非持久性案例相比, 我们首先证明, 美元- 持续性拉普拉比亚值 $\ Delta_ qima_ k, L} 美元 标准组合的一对一对一美元 美元 的一对一对一的一对一对一的一对一对一 美元 的一对一对一, 美元 的一对一对一对一, 美元 美元 的一对一对一的 美元 的一对一对一个持续性货币的货币的货币的货币, 数字的货币的一对一对一对一对一的货币的货币的货币的货币的货币的货币的货币, 一种对一对一对一对一对一对一的货币的货币的货币的货币的货币的货币的一对一对一对一对一对一对一对一个持续性 的货币的货币的货币的货币的货币的货币的货币的货币的货币的货币的计算。

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