在翻译，旋转和形状下定义形状和形式作为等同类 - 也是规模的，我们将广义添加剂回归扩展到平面曲线和/或地标配置的形状/形式的模型。该模型尊重响应的所得到的商几何形状，采用平方的测量距离作为损耗函数和测地响应函数来将添加剂预测器映射到形状/形状空间。为了拟合模型，我们提出了一种riemannian $ l_2 $ -boosting算法，适用于可能大量可能的参数密集型模型术语，其还产生了自动模型选择。我们通过合适的张量 - 产品分解为形状/形状空间中的（甚至非线性）协变量提供新的直观可解释的可视化。所提出的框架的有用性在于1）的野生和驯养绵羊和2）细胞形式的分析中，在生物物理模型中产生的细胞形式，以及3）在具有反应形状和形式的现实模拟研究中，具有来自a的响应形状和形式在瓶轮廓上的数据集。

封闭曲线的建模和不确定性量化是形状分析领域的重要问题，并且可以对随后的统计任务产生重大影响。这些任务中的许多涉及封闭曲线的集合，这些曲线通常在多个层面上表现出结构相似性。以有效融合这种曲线间依赖性的方式对多个封闭曲线进行建模仍然是一个具有挑战性的问题。在这项工作中，我们提出并研究了一个多数输出（又称多输出），多维高斯流程建模框架。我们说明了提出的方法学进步，并在几个曲线和形状相关的任务上证明了有意义的不确定性量化的实用性。这种基于模型的方法不仅解决了用内核构造对封闭曲线（及其形状）的推断问题，而且还为通常对功能对象的多层依赖性的非参数建模打开了门。

许多现代数据集，从神经影像和地统计数据等领域都以张量数据的随机样本的形式来说，这可以被理解为对光滑的多维随机功能的嘈杂观察。来自功能数据分析的大多数传统技术被维度的诅咒困扰，并且随着域的尺寸增加而迅速变得棘手。在本文中，我们提出了一种学习从多维功能数据样本的持续陈述的框架，这些功能是免受诅咒的几种表现形式的。这些表示由一组可分离的基函数构造，该函数被定义为最佳地适应数据。我们表明，通过仔细定义的数据的仔细定义的减少转换的张测仪分解可以有效地解决所得到的估计问题。使用基于差分运算符的惩罚，并入粗糙的正则化。也建立了相关的理论性质。在模拟研究中证明了我们对竞争方法的方法的优点。我们在神经影像动物中得出真正的数据应用。

我们介绍了一类小说的预计方法，对实际线上的概率分布数据集进行统计分析，具有2-Wassersein指标。我们特别关注主成分分析（PCA）和回归。为了定义这些模型，我们通过将数据映射到合适的线性空间并使用度量投影运算符来限制Wassersein空间中的结果来利用与其弱利米结构密切相关的Wasserstein空间的表示。通过仔细选择切线，我们能够推出快速的经验方法，利用受约束的B样条近似。作为我们方法的副产品，我们还能够为PCA的PCA进行更快的例程来获得分布。通过仿真研究，我们将我们的方法与先前提出的方法进行比较，表明我们预计的PCA具有类似的性能，即使在拼盘下也是极其灵活的。研究了模型的若干理论性质，并证明了渐近一致性。讨论了两个真实世界应用于美国和风速预测的Covid-19死亡率。

Many scientific problems require identifying a small set of covariates that are associated with a target response and estimating their effects. Often, these effects are nonlinear and include interactions, so linear and additive methods can lead to poor estimation and variable selection. Unfortunately, methods that simultaneously express sparsity, nonlinearity, and interactions are computationally intractable -- with runtime at least quadratic in the number of covariates, and often worse. In the present work, we solve this computational bottleneck. We show that suitable interaction models have a kernel representation, namely there exists a "kernel trick" to perform variable selection and estimation in $O$(# covariates) time. Our resulting fit corresponds to a sparse orthogonal decomposition of the regression function in a Hilbert space (i.e., a functional ANOVA decomposition), where interaction effects represent all variation that cannot be explained by lower-order effects. On a variety of synthetic and real data sets, our approach outperforms existing methods used for large, high-dimensional data sets while remaining competitive (or being orders of magnitude faster) in runtime.

本文介绍了一组数字方法，用于在不变（弹性）二阶Sobolev指标的设置中对3D表面进行Riemannian形状分析。更具体地说，我们解决了代表为3D网格的参数化或未参数浸入式表面之间的测量学和地球距离的计算。在此基础上，我们为表面集的统计形状分析开发了工具，包括用于估算Karcher均值并在形状群体上执行切线PCA的方法，以及计算沿表面路径的平行传输。我们提出的方法从根本上依赖于通过使用Varifold Fidelity术语来为地球匹配问题提供轻松的变异配方，这使我们能够在计算未参数化表面之间的地理位置时强制执行重新训练的独立性，同时还可以使我们能够与多用途算法相比，使我们能够将表面与vare表面进行比较。采样或网状结构。重要的是，我们演示了如何扩展放松的变分框架以解决部分观察到的数据。在合成和真实的各种示例中，说明了我们的数值管道的不同好处。

功能响应对一组标量预测变量的回归可能是一项具有挑战性的任务，尤其是如果有大量预测因子，这些预测因子具有交互作用，或者这些预测因子与响应之间的关系是非线性的。在这项工作中，我们为此问题提出了一个解决方案：馈送前向神经网络（NN），旨在预测使用标量输入的功能响应。首先，我们将功能响应转换为有限维表示，然后构建了输出此表示形式的NN。我们提出了不同的目标功能来训练NN。所提出的模型适用于定期和不规则间隔的数据，还提供了多种方法来应用粗糙度惩罚以控制预测曲线的平滑度。实现这两个功能的困难在于可以反向传播的目标函数的定义。在我们的实验中，我们证明了我们的模型在多种情况下优于常规尺度回归模型，同时计算缩放的尺寸更好。

This work studies the multi-task functional linear regression models where both the covariates and the unknown regression coefficients (called slope functions) are curves. For slope function estimation, we employ penalized splines to balance bias, variance, and computational complexity. The power of multi-task learning is brought in by imposing additional structures over the slope functions. We propose a general model with double regularization over the spline coefficient matrix: i) a matrix manifold constraint, and ii) a composite penalty as a summation of quadratic terms. Many multi-task learning approaches can be treated as special cases of this proposed model, such as a reduced-rank model and a graph Laplacian regularized model. We show the composite penalty induces a specific norm, which helps to quantify the manifold curvature and determine the corresponding proper subset in the manifold tangent space. The complexity of tangent space subset is then bridged to the complexity of geodesic neighbor via generic chaining. A unified convergence upper bound is obtained and specifically applied to the reduced-rank model and the graph Laplacian regularized model. The phase transition behaviors for the estimators are examined as we vary the configurations of model parameters.

对于要表示为歧管上点的2D对象的图像和形状等数据结构，这是常见的。从此类数据中产生消毒的差异私有估计的机制的实用性与它与空间的基础结构和几何形状的兼容性密切相关。特别是，如最近所示，拉普拉斯机理在正面弯曲的歧管上的效用（例如肯德尔的2D形状空间）受到曲率的显着影响。关注歧管上的点样品样本的Fr \'echet平均值的问题，我们利用均值的表征为由平方距离总和组成的目标函数的最小化器，并开发了k-norm梯度机制在Riemannian歧管上，有利于产生接近目标函数零的梯度的值。对于正面弯曲的歧管的情况，我们描述了如何使用平方距离函数的梯度比Laplace机制更好地控制灵敏度，并在数值上在callosa的形状数据集上进行数值演示。还提出了机理在球体上的实用性的进一步说明以及对称正定矩阵的多种示意图。

量子哈密顿学习和量子吉布斯采样的双重任务与物理和化学中的许多重要问题有关。在低温方案中，这些任务的算法通常会遭受施状能力，例如因样本或时间复杂性差而遭受。为了解决此类韧性，我们将量子自然梯度下降的概括引入了参数化的混合状态，并提供了稳健的一阶近似算法，即量子 - 固定镜下降。我们使用信息几何学和量子计量学的工具证明了双重任务的数据样本效率，因此首次将经典Fisher效率的开创性结果推广到变异量子算法。我们的方法扩展了以前样品有效的技术，以允许模型选择的灵活性，包括基于量子汉密尔顿的量子模型，包括基于量子的模型，这些模型可能会规避棘手的时间复杂性。我们的一阶算法是使用经典镜下降二元性的新型量子概括得出的。两种结果都需要特殊的度量选择，即Bogoliubov-Kubo-Mori度量。为了从数值上测试我们提出的算法，我们将它们的性能与现有基准进行了关于横向场ISING模型的量子Gibbs采样任务的现有基准。最后，我们提出了一种初始化策略，利用几何局部性来建模状态的序列（例如量子 - 故事过程）的序列。我们从经验上证明了它在实际和想象的时间演化的经验上，同时定义了更广泛的潜在应用。

With the rapid development of data collection techniques, complex data objects that are not in the Euclidean space are frequently encountered in new statistical applications. Fr\'echet regression model (Peterson & M\"uller 2019) provides a promising framework for regression analysis with metric space-valued responses. In this paper, we introduce a flexible sufficient dimension reduction (SDR) method for Fr\'echet regression to achieve two purposes: to mitigate the curse of dimensionality caused by high-dimensional predictors and to provide a visual inspection tool for Fr\'echet regression. Our approach is flexible enough to turn any existing SDR method for Euclidean (X,Y) into one for Euclidean X and metric space-valued Y. The basic idea is to first map the metric-space valued random object $Y$ to a real-valued random variable $f(Y)$ using a class of functions, and then perform classical SDR to the transformed data. If the class of functions is sufficiently rich, then we are guaranteed to uncover the Fr\'echet SDR space. We showed that such a class, which we call an ensemble, can be generated by a universal kernel. We established the consistency and asymptotic convergence rate of the proposed methods. The finite-sample performance of the proposed methods is illustrated through simulation studies for several commonly encountered metric spaces that include Wasserstein space, the space of symmetric positive definite matrices, and the sphere. We illustrated the data visualization aspect of our method by exploring the human mortality distribution data across countries and by studying the distribution of hematoma density.

强大的机器学习模型的开发中的一个重要障碍是协变量的转变，当训练和测试集的输入分布时发生的分配换档形式在条件标签分布保持不变时发生。尽管现实世界应用的协变量转变普遍存在，但在现代机器学习背景下的理论理解仍然缺乏。在这项工作中，我们检查协变量的随机特征回归的精确高尺度渐近性，并在该设置中提出了限制测试误差，偏差和方差的精确表征。我们的结果激发了一种自然部分秩序，通过协变速转移，提供足够的条件来确定何时何时损害（甚至有助于）测试性能。我们发现，过度分辨率模型表现出增强的协会转变的鲁棒性，为这种有趣现象提供了第一个理论解释之一。此外，我们的分析揭示了分销和分发外概率性能之间的精确线性关系，为这一令人惊讶的近期实证观察提供了解释。

最近有一项激烈的活动在嵌入非常高维和非线性数据结构的嵌入中，其中大部分在数据科学和机器学习文献中。我们分四部分调查这项活动。在第一部分中，我们涵盖了非线性方法，例如主曲线，多维缩放，局部线性方法，ISOMAP，基于图形的方法和扩散映射，基于内核的方法和随机投影。第二部分与拓扑嵌入方法有关，特别是将拓扑特性映射到持久图和映射器算法中。具有巨大增长的另一种类型的数据集是非常高维网络数据。第三部分中考虑的任务是如何将此类数据嵌入中等维度的向量空间中，以使数据适合传统技术，例如群集和分类技术。可以说，这是算法机器学习方法与统计建模（所谓的随机块建模）之间的对比度。在论文中，我们讨论了两种方法的利弊。调查的最后一部分涉及嵌入$ \ mathbb {r}^ 2 $，即可视化中。提出了三种方法：基于第一部分，第二和第三部分中的方法，$ t $ -sne，UMAP和大节。在两个模拟数据集上进行了说明和比较。一个由嘈杂的ranunculoid曲线组成的三胞胎，另一个由随机块模型和两种类型的节点产生的复杂性的网络组成。

A common approach to modeling networks assigns each node to a position on a low-dimensional manifold where distance is inversely proportional to connection likelihood. More positive manifold curvature encourages more and tighter communities; negative curvature induces repulsion. We consistently estimate manifold type, dimension, and curvature from simply connected, complete Riemannian manifolds of constant curvature. We represent the graph as a noisy distance matrix based on the ties between cliques, then develop hypothesis tests to determine whether the observed distances could plausibly be embedded isometrically in each of the candidate geometries. We apply our approach to data-sets from economics and neuroscience.

The compositionality and sparsity of high-throughput sequencing data poses a challenge for regression and classification. However, in microbiome research in particular, conditional modeling is an essential tool to investigate relationships between phenotypes and the microbiome. Existing techniques are often inadequate: they either rely on extensions of the linear log-contrast model (which adjusts for compositionality, but is often unable to capture useful signals), or they are based on black-box machine learning methods (which may capture useful signals, but ignore compositionality in downstream analyses). We propose KernelBiome, a kernel-based nonparametric regression and classification framework for compositional data. It is tailored to sparse compositional data and is able to incorporate prior knowledge, such as phylogenetic structure. KernelBiome captures complex signals, including in the zero-structure, while automatically adapting model complexity. We demonstrate on par or improved predictive performance compared with state-of-the-art machine learning methods. Additionally, our framework provides two key advantages: (i) We propose two novel quantities to interpret contributions of individual components and prove that they consistently estimate average perturbation effects of the conditional mean, extending the interpretability of linear log-contrast models to nonparametric models. (ii) We show that the connection between kernels and distances aids interpretability and provides a data-driven embedding that can augment further analysis. Finally, we apply the KernelBiome framework to two public microbiome studies and illustrate the proposed model analysis. KernelBiome is available as an open-source Python package at https://github.com/shimenghuang/KernelBiome.

在许多纵向环境中，时间变化的协变量可能不会与响应同时测量，并且通常容易出现测量误差。幼稚的最后观察前向方法会产生估计偏差，现有的基于内核的方法的收敛速率缓慢和差异很大。为了应对这些挑战，我们提出了一种新的功能校准方法，以基于稀疏功能数据和测量误差的稀疏功能数据有效地学习纵向协变量。我们的方法来自功能性主成分分析，从观察到的异步和容易出现错误的协变量值中校准未观察到的同步协变量值，并广泛适用于异步纵向回归与时间传播或时间变化的系数。对于随时间不变系数的回归，我们的估计量是渐进的，无偏的，根-N一致的，并且渐近地正常。对于时变系数模型，我们的估计器具有最佳的变化系数收敛速率，而校准的渐近方差膨胀。在这两种情况下，我们的估计量都具有优于现有方法的渐近特性。拟议方法的可行性和可用性通过模拟和全国妇女健康研究的应用来验证，这是一项大规模的多站点纵向研究，对中年妇女健康。

了解生物和人造网络的运作仍然是一个艰难而重要的挑战。为了确定一般原则，研究人员越来越有兴趣测量培训的大量网络，或者在培训或生物学地适应类似的任务。现在需要一种标准化的分析工具来确定网络级协变量 - 例如架构，解剖脑区和模型生物 - 影响神经表示（隐藏层激活）。在这里，我们通过定义量化代表性异化的广泛的公制空间，为这些分析提供严格的基础。使用本框架，我们根据规范相关分析修改现有的代表性相似度量，以满足三角形不等式，制定致扫描层中的感应偏差的新型度量，并识别使网络表示能够结合到基本上的近似的欧几里德嵌入物。货架机学习方法。我们展示了来自生物学（Allen Institute脑观测所）和深度学习（NAS-BENCH-101）的大规模数据集的这些方法。在这样做时，我们识别在解剖特征和模型性能方面可解释的神经表现之间的关系。

从操作的角度来看，对调查响应率的准确预测至关重要。美国人口普查局的著名漫游应用程序使用了在美国人口普查计划数据库数据中培训的原则统计模型来识别难以调查的领域。较早的众包竞赛表明，一组回归树木在预测调查率方面取得了最佳性能。但是，由于有限的解释性，无法针对预期应用程序采用相应的模型。在本文中，我们提出了新的可解释的统计方法，以高精度地预测调查中的响应率。我们研究通过$ \ ell_0 $ regularization以及提供层次结构化的变体的稀疏非参数添加剂模型，可提供增强的解释性。尽管有强大的方法论基础，这种模型在计算上可能具有挑战性 - 我们提出了学习这些模型的新可扩展算法。我们还为所提出的估计量建立了新的非反应误差界。基于美国人口普查计划数据库的实验表明，我们的方法导致高质量的预测模型，可为不同人群的不同部分可行。有趣的是，我们的方法在基于梯度增强和前馈神经网络的最先进的黑盒机器学习方法中提供了可解释性的显着提高，而不会失去预测性能。我们在Python中实现的代码实现可在https://github.com/shibalibrahim/addived-models-with-sonstructred-interactions上获得。

我们将最初在多维扩展和降低多元数据的降低领域发展为功能设置。我们专注于经典缩放和ISOMAP - 在这些领域中起重要作用的原型方法 - 并在功能数据分析的背景下展示它们的使用。在此过程中，我们强调了环境公制扮演的关键作用。

我们提出了一种估计具有标称分类数据的高维线性模型的方法。我们的估算器，称为范围，通过使其相应的系数完全相等来融合水平。这是通过对分类变量的系数的阶数统计之间的差异之间的差异来实现这一点，从而聚类系数。我们提供了一种算法，用于精确和有效地计算在具有潜在许多级别的单个变量的情况下的总体上的最小值的全局最小值，并且在多变量情况下在块坐标血管下降过程中使用它。我们表明，利用未知级别融合的Oracle最小二乘解决方案是具有高概率的坐标血缘的极限点，只要真正的级别具有一定的最小分离;已知这些条件在单变量案例中最小。我们展示了在一系列实际和模拟数据集中的范围的有利性能。 R包的R包Catreg实现线性模型的范围，也可以在CRAN上提供逻辑回归的版本。