論文の概要: The Normalized Cross Density Functional: A Framework to Quantify
Statistical Dependence for Random Processes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.04631v2
- Date: Mon, 22 Jan 2024 23:32:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-24 20:05:57.494278
- Title: The Normalized Cross Density Functional: A Framework to Quantify
Statistical Dependence for Random Processes
- Title(参考訳): 正規化クロス密度汎関数:確率過程の統計的依存性を定量化する枠組み
- Authors: Bo Hu and Jose C. Principe
- Abstract要約: Alfr'ed R'enyiにインスパイアされた機能的方法論を用いて、2つの連続乱数過程(r.p.)間の統計的依存の新たな定義を提案する。
入力サンプルペアの結合確率密度のそれぞれに適用される交互共分散推定(ACE)再帰の最大化は、Renyiの最大相関のすべての特性に従うことを示す。
提案した関数最大相関アルゴリズム(FMCA)は、2つのニューラルネットワークから構築された機械学習アーキテクチャに適用され、互いに出力を近似することで同時に学習する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 6.625320950808605
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This paper proposes a novel multivariate definition of statistical dependence
between two continuous random processes (r.p.) using a functional methodology
inspired by Alfr\'ed R\'enyi. The argument of the logarithm of mutual
information between pairs of samples of a r.p., named here the normalized cross
density (NCD), defines a symmetric and self-adjoint positive definite function.
We show that maximizing the alternating covariance estimation (ACE) recursion,
applied to each of the joint probability density of input sample pairs, obeys
all the properties of Renyi's maximal correlation. We propose the NCD's
eigenspectrum as a novel multivariate measure of the statistical dependence
between the input and output r.p.
The multivariate statistical dependence can also be estimated directly from
r.p. realizations. The proposed functional maximum correlation algorithm (FMCA)
is applied to a machine learning architecture built from two neural networks
that learn concurrently by approximating each others' outputs. We prove that
the FMCA optimal solution is an equilibrium point that estimates the
eigenspectrum of the cross density kernel. Preliminary results with synthetic
data and medium size image datasets corroborate the theory. Four different
strategies of applying the cross density kernel are proposed and thoroughly
discussed to show the versatility and stability of the methodology, which
transcends supervised learning. More specifically, when the two random
processes are high-dimensional real-world images and a white uniform noise
process, the algorithm learns a factorial code i.e., the occurrence of a code
guarantees that a certain input in the training image set was present, which is
quite important for feature learning.
- Abstract(参考訳): 本稿では,Alfr\'ed R\'enyi にインスパイアされた機能的方法論を用いて,2つの連続乱数過程(r.p.)間の統計的依存の多変量定義を提案する。
ここで正規化交叉密度 (ncd) と呼ばれる r.p. の対のサンプル間の相互情報の対数の議論は、対称かつ自己随伴な正定値関数を定義する。
入力サンプルペアの結合確率密度のそれぞれに適用される交互共分散推定(ACE)再帰の最大化は、Renyiの最大相関のすべての特性に従うことを示す。
我々は、入力と出力r.pの間の統計的依存の新たな多変量尺度として、NCDの固有スペクトルを提案する。
提案した関数最大相関アルゴリズム(FMCA)は、2つのニューラルネットワークから構築された機械学習アーキテクチャに適用され、互いに出力を近似することで同時に学習する。
FMCA最適解は、クロス密度カーネルの固有スペクトルを推定する平衡点であることを示す。
合成データと中規模の画像データセットによる予備的な結果が理論を裏付ける。
クロス密度カーネルを適用する4つの異なる戦略が提案され、教師あり学習を超越した方法論の汎用性と安定性を示すために徹底的に議論された。
より具体的には、2つのランダムプロセスが高次元実世界画像と白色一様ノイズ処理である場合、アルゴリズムは、訓練画像セットに特定の入力が存在することを保証し、機能学習にとって非常に重要な因子コード(すなわち、コードの発生)を学習する。
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