Topology inference for network systems (NSs) plays a crucial role in many areas. This paper advocates a causality-based method based on noisy observations from a single trajectory of a NS, which is represented by the state-space model with general directed topology. Specifically, we first prove its close relationships with the ideal Granger estimator for multiple trajectories and the traditional ordinary least squares (OLS) estimator for a single trajectory. Along with this line, we analyze the non-asymptotic inference performance of the proposed method by taking the OLS estimator as a reference, covering both asymptotically and marginally stable systems. The derived convergence rates and accuracy results suggest the proposed method has better performance in addressing potentially correlated observations and achieves zero inference error asymptotically. Besides, an online/recursive version of our method is established for efficient computation or time-varying cases. Extensions on NSs with nonlinear dynamics are also discussed. Comprehensive tests corroborate the theoretical findings and comparisons with other algorithms highlight the superiority of the proposed method.


翻译:网络系统(NSs)的地形推断在许多领域发挥着关键作用。 本文主张一种基于来自NSS单一轨迹的噪音观测的基于因果关系的方法,该轨迹由具有一般定向地形学的国家空间模型所代表。 具体地说,我们首先证明它与多轨轨道和传统普通最小方(OLS)测算器的理想Granger测算器的密切关系。 除了这一行外,我们还分析拟议方法的非被动推断性表现,将OSS估测器作为参考,既包括静态系统,也包括略为稳定的系统。 得出的趋同率和准确性结果表明,拟议方法在解决潜在关联的观测方面表现较好,并实现无误判误判。 此外,还建立了我们方法的在线/准确版本,用于高效计算或时间变换案件。 还讨论了带有非线性动态的NSs扩展。 全面测试将理论结果与其他算法进行比较,以突出拟议方法的优越性。

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