論文の概要: The Topological Stability Index: A Variance-Based Measure for Persistence Barcodes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.29839v1
- Date: Thu, 28 May 2026 12:21:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-30 02:45:56.230297
- Title: The Topological Stability Index: A Variance-Based Measure for Persistence Barcodes
- Title(参考訳): トポロジ的安定性指標:永続バーコードに対する変数ベース測定
- Authors: Joris Kirchner, Ioannis Diamantis,
- Abstract要約: 本稿では,持続寿命の分散を定量化する永続化バーコードのための分散に基づくスカラー尺度であるEmphTopological Stability Index (TSI)を紹介する。
我々は,そのスケーリング動作を含むTSIの基本的特性を,生涯翻訳の下での分散と,バーの挿入と削除による明示的な更新公式で確立する。
また, 持続寿命の典型的な尺度であるトポロジカル信号指数(TSigI)についても考察する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We introduce the \emph{Topological Stability Index} (TSI), a variance-based scalar measure for persistence barcodes that quantifies the dispersion of persistence lifetimes. Unlike persistent entropy, which depends only on normalized weights, the TSI captures absolute variability and is sensitive to heterogeneous feature scales. We establish fundamental properties of the TSI, including its scaling behavior, invariance under lifetime translation and explicit update formulas under insertion and deletion of bars. We also consider a complementary first-moment-type quantity, the Topological Signal Index (TSigI), which captures the typical scale of persistence lifetimes and provides additional interpretability alongside the TSI. We further introduce a normalized version, $cv\text{TSI}$, which is scale invariant and admits an explicit algebraic relation to the Rényi entropy of order two. In particular, $cv\text{TSI}$ is an affine function of the collision probability $\sum_i p_i^2$, and therefore a monotone reparametrization of the Rényi entropy, providing a direct link between variance-based and entropy-based summaries in topological data analysis. Numerical experiments on synthetic data and stochastic time series demonstrate that the TSI captures structural variability complementary to entropy: it is relatively insensitive to deterministic trends, while responding strongly to stochastic fluctuations and variations in persistence magnitude.
- Abstract(参考訳): 本稿では,持続寿命の分散を定量化する持続バーコードに対する分散に基づくスカラー尺度である \emph{Topological Stability Index} (TSI) を紹介する。
正規化された重みにのみ依存する永続エントロピーとは異なり、TSIは絶対的な変動を捉え、不均一な特徴尺度に敏感である。
我々は,そのスケーリング挙動,生涯翻訳における不変性,バーの挿入と削除による明示的な更新公式など,TSIの基本的特性を確立する。
また,TSIと連動して持続寿命の典型的な尺度を抽出し,さらなる解釈可能性を提供する,相補的な第1モーメント型のトポロジカル信号指数 (TSigI) も検討する。
さらに正規化された $cv\text{TSI}$ を導入し、これはスケール不変であり、階数 2 のレニイエントロピーと明示的な代数的関係を持つ。
特に、$cv\text{TSI}$ は衝突確率 $\sum_i p_i^2$ のアフィン関数であり、したがって、レニイエントロピーの単調再パラメータ化であり、トポロジカルデータ解析における分散に基づくサマリーとエントロピーに基づくサマリーの直接的なリンクを与える。
合成データと確率時系列に関する数値実験により、TSIはエントロピーに相補的な構造的変動を捉え、決定論的傾向に相対的に敏感であり、確率的変動や持続的大きさの変動に強く反応することを示した。
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