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Hypoelliptic Diffusion Maps and Their Applications in Automated Geometric Morphometrics.

机译:次椭圆扩散图及其在自动几何形态计量学中的应用。

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摘要

We introduce Hypoelliptic Diffusion Maps (HDM), a novel semi-supervised machine learning framework for the analysis of collections of anatomical surfaces. Triangular meshes obtained from discretizing these surfaces are high-dimensional, noisy, and unorganized, which makes it difficult to consistently extract robust geometric features for the whole collection. Traditionally, biologists put equal numbers of "landmarks" on each mesh, and study the "shape space" with this fixed number of landmarks to understand patterns of shape variation in the collection of surfaces; we propose here a correspondence-based, landmark-free approach that automates this process while maintaining morphological interpretability. Our methodology avoids explicit feature extraction and is thus related to the kernel methods, but the equivalent notion of "kernel function" takes value in pairwise correspondences between triangular meshes in the collection. Under the assumption that the data set is sampled from a fibre bundle, we show that the new graph Laplacian defined in the HDM framework is the discrete counterpart of a class of hypoelliptic partial differential operators.;This thesis is organized as follows: Chapter 1 is the introduction; Chapter 2 describes the correspondences between anatomical surfaces used in this research; Chapter 3 and 4 discuss the HDM framework in detail; Chapter 5 illustrates some interesting applications of this framework in geometric morphometrics.
机译:我们介绍了低椭圆扩散图(HDM),这是一种用于分析解剖表面集合的新型半监督机器学习框架。通过离散化这些表面而获得的三角形网格是高维,嘈杂且无组织的,这使得难以始终如一地提取整个集合的鲁棒几何特征。传统上,生物学家在每个网格上放置相等数量的“地标”,并使用固定数量的地标研究“形状空间”,以了解表面集合中形状变化的模式。我们在这里提出一种基于通信的,无地标的方法,该方法可在保持形态学可解释性的同时使该过程自动化。我们的方法避免了显式的特征提取,因此与内核方法有关,但是“内核函数”的等效概念在集合中三角形网格之间的成对对应关系中具有价值。在假设数据集是从纤维束中采样的情况下,我们表明在HDM框架中定义的新图拉普拉斯算子是一类次椭圆偏微分算子的离散对应物。本文的结构如下:第一章是介绍;第2章介绍了本研究中使用的解剖表面之间的对应关系。第3章和第4章详细讨论了HDM框架。第5章说明了该框架在几何形态计量学中的一些有趣应用。

著录项

  • 作者

    Gao, Tingran.;

  • 作者单位

    Duke University.;

  • 授予单位 Duke University.;
  • 学科 Mathematics.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 2015
  • 页码 192 p.
  • 总页数 192
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

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