We apply ideas from mesh generation to improve the time and space complexities of computing the full persistent homological information associated with a point cloud P in Euclidean space R d . Classical approaches rely on theČech, Rips, α-complex, or witness complex filtrations of P , whose complexities scale up very badly with d. For instance, the α-complex filtration incurs the n Ω(d) size of the Delaunay triangulation, where n is the size of P . The common alternative is to truncate the filtrations when the sizes of the complexes become prohibitive, possibly before discovering the most relevant topological features. In this paper we propose a new collection of filtrations, based on the Delaunay triangulation of a carefully-chosen superset of P , whose sizes are reduced to 2 O(d 2 ) n. A nice property of these filtrations is to be interleaved multiplicatively with the family of offsets of P , so that the persistence diagram of P can be approximated in 23 time in theory, with a near-linear observed running time in practice (ignoring the constant factors depending exponentially on d). Thus, our approach remains tractable in medium dimensions, say 4 to 10.Key-words: Topological persistence, Delaunay triangulation, offsets, sparse Voronoi refinement. * bhudson@tti-c.edu † glmiller@cs.cmu.edu ‡ steve.oudot@inria.fr § dsheehy@cs.cmu.edu
Inférence topologique par maillageRésumé : Nous appliquons des idées issues de la litérature sur la génération de maillages afin d'eméliorer la complexité du calcul de l'information topologique persistante associéesà un nuage de poins P dans l'espace euclidien R d . Les méthodes classiques reposent sur l'utilisation de filtrations telles que celle deČech, celle de Rips-Vietoris, celle de l'α-complex ou celle du witness complex, dont les complexités se comportent très mal lorsque la dimension d augmente. Par exemple, la filtration de l'α-complex a la même taille que la triangulation de Delaunay de P , qui est de l'ordre de n Ω(d( dans le pire cas, où n est la taille de P . La solution communément adoptée consisteà tronquer les filtrations avant que leur coût ne devienne prohibitif, mais bien sûr peut-êtreégalement avant que les données topologiques les plus pertinentes n'aientété saisies. Dans cet article nous proposons une nouvelle famille de filtrations, basée sur la triangulation de Delaunay d'un sur-ensemble fini M de P , dont la taille est réduiteà 2 O(d 2 ) n. Une propriété intéressante de ces filtrations est d'être entrelacées multiplicativement avec la famille des offsets de P , si bien que le diagramme de persistance de P peutêtre approché en temps 2en théorie, avec un comportement quasi-linéaire en pratique (en laissant de côté les facteurs dépendant exponentiellement en la dimension d). Ainsi, notre approche demeure praticable en dimensions moyennes, disons entre 4 et 10.