Higher-order networks have so far been considered primarily in the context of studying the structure of complex systems, i.e., the higher-order or multi-way relations connecting the constituent entities. More recently, a number of studies have considered dynamical processes that explicitly ac- count for such higher-order dependencies, e.g., in the context of epidemic spreading processes or opinion formation. In this chapter, we focus on a closely related, but distinct third perspective: how can we use higher-order relationships to process signals and data supported on higher-order network structures. In particular, we survey how ideas from signal processing of data supported on regular domains, such as time series or images, can be extended to graphs and simplicial complexes. We discuss Fourier analysis, signal denois- ing, signal interpolation, and nonlinear processing through neural networks based on simplicial complexes. Key to our developments is the Hodge Laplacian matrix, a multi-relational operator that leverages the special structure of simplicial complexes and generalizes desirable properties of the Laplacian matrix in graph signal processing.


翻译:迄今为止,在研究复杂系统的结构,即连接组成实体的较高顺序或多路关系的结构时,主要审议了高顺序网络,最近,一些研究审议了明确计算这种较高顺序依赖性的动态过程,例如,在流行病传播过程或舆论形成的背景下,我们侧重于一个密切相关但截然不同的第三个角度:我们如何利用高顺序关系处理高顺序网络结构所支持的信号和数据;特别是,我们调查从定期域(如时间序列或图像)所支持的数据的信号处理中得到的想法如何能够扩大到图象和简单综合体;我们讨论了四重分析、信号不均度、信号间推和通过基于简单复杂的神经网络进行非线性处理的问题;我们发展的关键是Hodge Laplaceian 矩阵,这是一个多关系操作器,它利用了图象处理中Laplacian矩阵的特殊结构的复杂性和一般可取性。

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