The scattering transform is a multilayered, wavelet-based transform initially introduced as a model of convolutional neural networks (CNNs) that has played a foundational role in our understanding of these networks' stability and invariance properties. Subsequently, there has been widespread interest in extending the success of CNNs to data sets with non-Euclidean structure, such as graphs and manifolds, leading to the emerging field of geometric deep learning. In order to improve our understanding of the architectures used in this new field, several papers have proposed generalizations of the scattering transform for non-Euclidean data structures such as undirected graphs and compact Riemannian manifolds without boundary. In this paper, we introduce a general, unified model for geometric scattering on measure spaces. Our proposed framework includes previous work on geometric scattering as special cases but also applies to more general settings such as directed graphs, signed graphs, and manifolds with boundary. We propose a new criterion that identifies to which groups a useful representation should be invariant and show that this criterion is sufficient to guarantee that the scattering transform has desirable stability and invariance properties. Additionally, we consider finite measure spaces that are obtained from randomly sampling an unknown manifold. We propose two methods for constructing a data-driven graph on which the associated graph scattering transform approximates the scattering transform on the underlying manifold. Moreover, we use a diffusion-maps based approach to prove quantitative estimates on the rate of convergence of one of these approximations as the number of sample points tends to infinity. Lastly, we showcase the utility of our method on spherical images, directed graphs, and on high-dimensional single-cell data.


翻译:散落变异是一个多层的、波子基的变异,最初是作为变异性神经网络(CNNs)的样本引入的,这种变异性在理解这些网络的稳定性和易变性方面起到了基础作用。随后,人们广泛关注将CNN的成功扩大到非欧几里德结构的数据集,如图表和元件,从而导致新的深深深地球学领域。为了增进我们对这一新领域所使用的结构的理解,一些论文提出了非欧几里德图像的变异性模型,如非欧几里德图像的变异性模型,这些变异性模型在理解这些网络的稳定性和易变异性特性方面起到了基本作用。在此文件中,我们引入了一个通用的、统一的模型,用于测量测量非欧几里德结构的数据集,同时适用于方向图、签名图表和边界的变异性图等更一般环境。我们提出了一个新的标准,用以确定一个有用的表达变异性的数据结构,并显示这个标准足以保证我们从一个不相近的变异性变异性图表的变异性模型中得出一个不甚高的数据。

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