The growing success of graph signal processing (GSP) approaches relies heavily on prior identification of a graph over which network data admit certain regularity. However, adaptation to increasingly dynamic environments as well as demands for real-time processing of streaming data pose major challenges to this end. In this context, we develop novel algorithms for online network topology inference given streaming observations assumed to be smooth on the sought graph. Unlike existing batch algorithms, our goal is to track the (possibly) time-varying network topology while maintaining the memory and computational costs in check by processing graph signals sequentially-in-time. To recover the graph in an online fashion, we leverage proximal gradient (PG) methods to solve a judicious smoothness-regularized, time-varying optimization problem. Under mild technical conditions, we establish that the online graph learning algorithm converges to within a neighborhood of (i.e., it tracks) the optimal time-varying batch solution. Computer simulations using both synthetic and real financial market data illustrate the effectiveness of the proposed algorithm in adapting to streaming signals to track slowly-varying network connectivity.


翻译:图形信号处理(GSP)方法日益成功,这在很大程度上取决于能否事先确定一个图,而网络数据可据以确认其具有一定的规律性。然而,适应日益动态的环境以及实时处理流数据的需求,对这个目的提出了重大挑战。在这方面,我们为在线网络地形学推论开发了新型算法,假定在所寻求的图图上流出的观测是顺利的。与现有的批量算法不同,我们的目标是跟踪(可能)时间分布式网络表层,同时保持记忆和计算成本,通过按顺序处理图形信号进行检查。为了以在线方式恢复该图,我们利用预测性梯度(PG)方法来解决明智的顺畅和时间变化的优化问题。在轻微的技术条件下,我们确定在线图表学习算法与(即它跟踪)附近的最佳时间变化批量解决方案相融合。使用合成和真实金融市场数据进行计算机模拟,说明拟议的算法在适应流信号以跟踪缓慢变化的网络连接方面的有效性。

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