低秩矩阵恢复代码

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低秩与稀疏矩阵恢复问题的若干研究

低秩与稀疏矩阵恢复问题的若干研究

浙江大学硕士学位论文低秩与稀疏矩阵恢复问题的若干研究姓名:***申请学位级别:硕士专业:计算数学指导教师:***2012-06摘要低秩与稀疏矩阵恢复问题希望解决的是对于给定的矩阵,在对其低秩部分的秩及稀疏部分的稀疏性均无额外的信息的情况下恢复其低秩部分与稀疏部分。

这一问题产生于图像处理,视频监控,系统识别,统计模型选择等领域,求解该问题具有很强的应用性。

本文从数据的局部性质出发,给出了新的模型和算法,并且取得了较好的效果。

本文首先介绍了低秩与稀疏矩阵恢复问题产生的背景、问题描述及研究现状。

接着介绍了用于低秩与稀疏矩阵恢复问题的凸优化问题的理论基础及可行性,并且介绍了求解该凸优化问题已有的算法。

然后本文通过考虑数据的局部不变性,引入图正则项,给出了基于图正则项的模型,并给出了求解的算法。

通过实验证明,我们的模型及算法是十分有效的。

关键词:矩阵恢复,低秩矩阵,稀疏矩阵,奇异值分解,图正则项AbstractThepursuitoflo、Ⅳ乙rankandsparsematri)(decompositionproblem1store—thelowrankcomponentandsparsecomponentofagiVenmatrix,withoutcoveryofthecomponents·anvadditionalinfbrmationontherankorthesparsepatternSuchadecompositionproblemarisesinanumberofsetting,includingimagepro-modelcessing,videosurveillance,systemidenti丘cationinengineering,statisticalmodelinconsiderationofthelocalselection,etc.Inthispaper,weproposeanewinvarianceassumption.Meanwhile,weapplytheacceleratedproximalgradientalgorithmtosolVeit.Atfirst.wewiUgiveabriefintroductiontothebackground,problemdescrip_ofthetheoreticaltionandtheexistingresearchwork.ThenwegiveadescriptionbasisfbrsolvingtheproblemthroughaconVexprogra肌,andsketchthepreVlousalgorithms.Thenwepresentournewn卫odel,withadditionalgraphicfactor,andiUustratethee往ectiVenessofcorrespondingalgorithm.Experimentalresultscanouralgorithm.Ke”ⅣDrds:MatrixRec。

低秩矩阵恢复算法综述

低秩矩阵恢复算法综述
第3 0卷 第 6期 2 0 1 3年 6月
计 算 机 应 用 研 究
Ap p l i c a t i o n Re s e a r c h o f C o mp u t e r s
Vo 1 . 3 0 No . 6
J u n . 2 01 3
低 秩矩 阵恢 复算 法综 述 术
问题 。
关键 词 :低 秩矩 阵恢 复 ;鲁棒 主成 分分析 ;矩阵补 全 ;低秩 表示 ; 增 广拉格 朗 日乘子 算法
中 图分类 号 :T P 3 9 1
文献标 志码 :A
文章编 号 :1 0 0 1 — 3 6 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 6 — 1 6 0 1 — 0 5
史加荣 , 郑秀云 , 魏宗 田 , 杨 威
( 西安建 筑科技 大 学 理 学院 , 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘 要 :将 鲁棒 主成 分分析 、 矩 阵补 全和低 秩表 示统 称为 低秩 矩 阵恢 复 , 并对 近年 来 出现 的低 秩 矩 阵恢 复 算 法
进行 了简要 的 综述 。讨 论 了鲁棒 主成 分分析 的各 种优化模 型及 相应 的迭代 算 法 , 分析 了矩 阵补 全 问题及 求解 它 的不 精确 增广拉 格 朗 日乘 子 算 法 , 介 绍 了低 秩 表 示 的 优 化 模 型 及 求 解 算 法 。最 后 指 出 了有待 进 一 步研 究 的
Ab s t r a c t :T h i s p a p e r c o l l e c t i v e l y r e f e r r e d r o b u s t p i r n c i p a l c o mp o n e n t a n a l y s i s ,ma t r i x c o mp l e t i o n a n d l o w- r a n k r e p r e s e n t a t i o n t o a s l o w- r a n k ma t i r x r e c o v e r y.a n d ma d e a b r i e f s u r v e y o n t h e e x i s t i n g a l g o r i t h ms o f l o w- r a n k ma t ix r r e c o v e y .F r i r s t l y ,i t d i s — c u s s e d v a r i o u s o p t i mi z a t i o n mo d e l s a n d t h e c o r r e s p o n d i n g i t e r a t i v e a l g o i r t h ms f o r r o b u s t p i r n c i p a l c o mp o n e n t a n a l y s i s .N e x t ,i t a n a l y z e d t h e ma t ix r c o mp l e t i o n p r o b l e m a n d p r o p o s e d t h e i n e x a c t a u g me n t e d L a g r a n g e mu h i p l i e r s a l g o r i t h m t o s o l v e t h e p r o b - l e m.I n a d d i t i o n.i t i n t r o d u c e d t h e o p t i mi z a t i o n mo d e l s or f t h e 1 O W — r a n k r e p r e s e n t a t i o n p r o b l e m a n d p r e s e n t e d t h e i t e r a t i v e a l —

低秩张量补全算法综述

低秩张量补全算法综述

低秩张量补全算法综述刘慧梅;史加荣【摘要】随着现代信息技术的快速发展,待分析的数据大都具有很复杂的结构。

在获取高维多线性数据的过程中,部分元素可能丢失,低秩张量补全就是根据数据集的低秩性质来恢复出所有丢失元素。

低秩张量补全是压缩感知理论的高阶推广,在数学上可以描述为核范数最小化问题。

对求解低秩张量补全的核范数最小化模型的现有算法进行了综述。

介绍了张量的基础知识和低秩张量补全模型,给出了低秩张量补全的几种主流算法,如:简单低秩张量补全、高精度低秩张量补全以及核心张量核范数的张量补全等,指出了现有低秩张量补全算法中值得研究与改进的方向。

【期刊名称】《陕西理工学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(032)002【总页数】7页(P80-86)【关键词】张量补全;低秩;核范数最小化;核心张量核范数;交替方向乘子法【作者】刘慧梅;史加荣【作者单位】西安建筑科技大学理学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学理学院,陕西西安710055【正文语种】中文【中图分类】基础科学2016 年 4 月陕西理工学院学报( 自然科学版)Apr. 2016第 32 卷第 2 期Journal of Shaanxi University of Technology ( Natural ScienceEdition)Vol. 32 No. 2[文章编号] 1673 -2944( 2016) 02 - 0080 - 07低秩张量补全算法综述刘慧梅,史加荣(西安建筑科技大学理学院,陕西西安 710055)[摘要]随着现代信息技术的快速发展,待分析的数据大都具有很复杂的结构。

在获取高维多线性数据的过程中,部分元素可能丢失,低秩张量补全就是根据数据集的低秩性质来恢复出所有丢失元素。

低秩张量补全是压缩感知理论的高阶推广,在数学上可以描述为核范数最小化问题。

对求解低秩张量补全的核范数最小化模型的现有算法进行了综述。

介绍了张量的基础知识和低秩张量补全模型,给出了低秩张量补全的几种主流算法,如: 简单低秩张量补全、高精度低秩张量补全以及核心张量核范数的张量补全等,指出了现有低秩张量补全算法中值得研究与改进的方向。

从压缩传感到低秩矩阵恢复_理论与应用

从压缩传感到低秩矩阵恢复_理论与应用

从压缩传感到低秩矩阵恢复_理论与应用从压缩传感到低秩矩阵恢复: 理论与应用引言在当今数字技术广泛应用的时代,人们需要对海量数据进行存储、传输和处理。

然而,由于大量数据的存在,数据存储和传输的要求变得非常高。

因此,研究如何有效地对数据进行压缩、传感和恢复就显得尤为重要。

本文将讨论一种被广泛应用于数据压缩传感和恢复的方法——低秩矩阵恢复。

一、压缩传感和低秩矩阵恢复基础1.1 压缩传感压缩传感是一种基于采样的信号处理技术,它可以仅通过极少的采样数据来获取信号的重要信息。

常见的压缩传感技术包括稀疏表示、压缩感知和随机矩阵采样等。

这些技术通过限制采样数据的数量,实现对原始信号的高效表示。

1.2 低秩矩阵恢复低秩矩阵恢复是指通过观测值恢复出一个秩远低于原始矩阵的矩阵。

在实际应用中,矩阵的秩低往往意味着其包含有用信息的维度较少,恢复出低秩矩阵可以从海量数据中提取出主要特征和结构。

二、低秩矩阵恢复的理论基础2.1 矩阵稀疏表示矩阵的稀疏表示是低秩矩阵恢复的核心基础。

矩阵的稀疏表示可以通过奇异值分解(SVD)来实现。

奇异值表示了矩阵的特征值,较小的奇异值对应的特征向量可以认为是低秩成分所在的子空间。

2.2 低秩矩阵恢复方法在低秩矩阵恢复的方法中,最广泛应用的是核范数最小化方法。

核范数是指一个矩阵的奇异值之和,核范数最小化方法通过寻找最小核范数的解来恢复低秩矩阵。

此外,还有基于低秩矩阵分解和梯度下降等方法。

三、低秩矩阵恢复的应用领域3.1 图像压缩与恢复在图像处理中,低秩矩阵恢复可以用于图像的压缩和恢复。

通过从大量图像数据中提取低秩矩阵特征,可以实现对图像的有效压缩和较好的恢复质量。

3.2 视频编解码低秩矩阵恢复也被广泛应用于视频编解码领域。

视频编码中,通过提取视频序列的低秩矩阵特征,可以实现对视频信号的高效压缩和恢复。

3.3 信号处理在信号处理领域,低秩矩阵恢复可以应用于信号压缩和恢复。

例如,通过提取音频信号的低秩矩阵特征,可以实现对音频信号的高效压缩和较好的恢复。

矩阵低秩分解理论

矩阵低秩分解理论
• 基于低秩张量应用研究
低秩矩阵表示新近的发展研究
• 基于低秩张量应用研究
稀疏表示和矩阵低秩分解类比
低秩矩阵表示的应用
• 显著性检测
Lang et al. Saliency Detection by Multitask Sparsity Pursuit. IEEE TIP 2012.
低秩矩阵表示新近的发展研究
• Latent LRR
Liu and Yan. Latent Low-Rank Representation for Subspace Segmentation and Feature Extraction, ICCV 2011.
为便于优化,凸松弛后转化为:
若选取数据集D本身作为字典,则有
那么其解为
,这里
是D的SVD分解。
当D是从多个独立子空间的采样组合,那么 为对角块矩 阵,每个块对应着一个子空间。此即为子空间聚类(Sparse Subspace Clustering)。
低秩矩阵表示(LRR)
为了对噪声和野点更加鲁棒,一个更合理的模型为:
当A=Ak+1,Y=Yk时,
当A=Ak+1 ,E=Ek+1时, 其中:步长δk满足0< δk <1 • IT算法的迭代式形式简单且收敛,但它的收敛速度比较慢,且难以选取合适的步长
加速近端梯度算法(accelerated proximal gradient,
APG)
• 将优化问题式的等式约束松弛到目标函数中,得到如下的拉格朗日函 数:
min A,E L(A,E,Yk,μ k )。
• 使用精确拉格朗日乘子法交替迭代矩阵A和E,直到满足终止条件为
止。若

交替方向方法(alternating direction

matrix copletion method -回复

matrix copletion method -回复

matrix copletion method -回复矩阵补全方法(Matrix Completion Method)是一种用于处理具有缺失数据问题的技术。

在现实世界中,我们经常面临数据不完整或有缺失的情况,特别是在涉及大量数据的场景下。

矩阵补全方法通过利用已有的部分数据和一些特定的算法,能够预测或推测出缺失的数据,从而填补矩阵中的缺失部分。

本文将一步一步地介绍矩阵补全方法的原理、应用和常用的算法。

第一步:了解矩阵补全的原理和应用。

矩阵补全方法的基本原理是通过已有的部分数据来预测缺失的数据。

这种方法可以被广泛应用于各种领域,如推荐系统、图像处理、自然语言处理等。

举个例子来说,当用户在一个电商网站上购买一些商品时,系统会记录下用户的购买记录,这些记录可以用一个矩阵表示,其中行表示用户,列表示商品,矩阵元素表示用户对商品的评分。

然而,在现实中,不是所有用户都会对所有商品进行评分,因此存在矩阵的缺失部分。

使用矩阵补全方法,我们可以根据已有的评分数据,预测用户对缺失商品的评分,从而向用户推荐可能感兴趣的商品。

第二步:了解矩阵补全方法的算法。

矩阵补全方法有很多不同的算法,下面将介绍两个常用的算法:SVD(奇异值分解)和NMF(非负矩阵因子分解)。

SVD是一种用于矩阵降维的方法,它将一个矩阵分解成三个矩阵的乘积:A = UΣV^T,其中U和V是正交矩阵,Σ是对角矩阵。

利用SVD,我们可以将原始矩阵表示为低维的近似矩阵,从而进行矩阵补全。

具体地说,我们可以通过保留前k个最大的奇异值,将原始矩阵近似地表示为一个k 维的矩阵乘积。

然后,我们可以用这个近似矩阵来预测缺失的数据。

NMF是一种将非负矩阵分解成非负的低秩近似矩阵的方法。

与SVD不同,NMF将矩阵分解成两个非负矩阵的乘积:A ≈WH,其中W和H都是非负矩阵。

通过调整分解后的矩阵的秩,我们可以获得对原始矩阵的近似。

然后,我们可以使用这个近似矩阵来填补矩阵中的缺失数据。

定义矩阵的命令符 -回复

定义矩阵的命令符 -回复

定义矩阵的命令符-回复什么是矩阵的命令符?矩阵是线性代数中重要的概念,它是由表示数值的矩形阵列组成的数学结构。

在编程和数学计算领域,矩阵被广泛应用于各种问题和算法的求解中。

命令符是指在编程语言中用于操作和处理矩阵的特定命令或函数。

本文将详细探讨矩阵的命令符,介绍不同编程语言中常用的矩阵操作命令,并讨论它们的使用方法和应用场景。

首先,让我们来看一些常见的编程语言,它们提供了丰富的矩阵操作命令。

其中最流行的语言之一是Python,它具有强大的科学计算库NumPy,提供了许多用于矩阵操作的命令符。

在Python中,矩阵可以使用NumPy的ndarray对象表示。

创建一个矩阵可以使用NumPy的array()函数,例如:import numpy as npmatrix = np.array([[1, 2, 3], [4, 5, 6], [7, 8, 9]])上述代码创建了一个3x3的矩阵,并将其存储在名为matrix的变量中。

可以使用NumPy的shape属性查看矩阵的大小:print(matrix.shape)输出结果为(3, 3),表示这是一个3行3列的矩阵。

接下来,我们将介绍一些常用于矩阵操作的命令符。

首先是矩阵的加法和减法。

在NumPy中,可以使用"+"和"-"运算符执行矩阵加法和减法。

例如:matrix1 = np.array([[1, 2], [3, 4]])matrix2 = np.array([[5, 6], [7, 8]])sum_matrix = matrix1 + matrix2diff_matrix = matrix1 - matrix2print(sum_matrix)print(diff_matrix)输出结果为:[[ 6 8][10 12]][[-4 -4][-4 -4]]可以看到,加法运算符将对应位置的元素相加,而减法运算符将对应位置的元素相减。

c语言稀疏矩阵应用代码实现三元组,十字链表下的稀疏矩阵的加、转、乘的实现。

c语言稀疏矩阵应用代码实现三元组,十字链表下的稀疏矩阵的加、转、乘的实现。

c语言稀疏矩阵应用代码实现三元组,十字链表下的稀疏矩阵的加、转、乘的实现。

在C语言中,实现稀疏矩阵的加法、转置和乘法涉及复杂的数据结构和算法。

其中,常用的表示稀疏矩阵的两种数据结构是三元组和十字链表。

下面我将为您提供一个简单的示例代码,用C语言实现稀疏矩阵的加法、转置和乘法操作,使用三元组表示法来表示稀疏矩阵。

首先,我们需要定义表示稀疏矩阵的三元组结构体:```c#include<stdio.h>#define MAX_SIZE100typedef struct{int row;int col;int value;}Element;typedef struct{int rows;int cols;int num_elements;Element data[MAX_SIZE];}SparseMatrix;```接下来,我们实现稀疏矩阵的加法、转置和乘法函数:```c#include<stdbool.h>//加法函数SparseMatrix addSparseMatrix(SparseMatrix matrix1,SparseMatrix matrix2){ SparseMatrix result;result.rows=matrix1.rows;result.cols=matrix1.cols;result.num_elements=0;int i=0,j=0;while(i<matrix1.num_elements&&j<matrix2.num_elements){if(matrix1.data[i].row<matrix2.data[j].row||(matrix1.data[i].row==matrix2.data[j].row&&matrix1.data[i].col<matrix2.data[j].col)){ result.data[result.num_elements++]=matrix1.data[i++];}else if(matrix1.data[i].row>matrix2.data[j].row||(matrix1.data[i].row==matrix2.data[j].row&&matrix1.data[i].col>matrix2.data[j].col)){ result.data[result.num_elements++]=matrix2.data[j++];}else{Element element;element.row=matrix1.data[i].row;element.col=matrix1.data[i].col;element.value=matrix1.data[i].value+matrix2.data[j].value;if(element.value!=0){result.data[result.num_elements++]=element;}i++;j++;}}while(i<matrix1.num_elements){result.data[result.num_elements++]=matrix1.data[i++];}while(j<matrix2.num_elements){result.data[result.num_elements++]=matrix2.data[j++];}return result;}//转置函数SparseMatrix transposeSparseMatrix(SparseMatrix matrix){ SparseMatrix result;result.rows=matrix.cols;result.cols=matrix.rows;result.num_elements=matrix.num_elements;int count[matrix.cols];int index[matrix.cols];for(int i=0;i<matrix.cols;i++){count[i]=0;}for(int i=0;i<matrix.num_elements;i++){count[matrix.data[i].col]++;}index[0]=0;for(int i=1;i<matrix.cols;i++){index[i]=index[i-1]+count[i-1];}for(int i=0;i<matrix.num_elements;i++){int j=index[matrix.data[i].col];result.data[j].row=matrix.data[i].col;result.data[j].col=matrix.data[i].row;result.data[j].value=matrix.data[i].value;index[matrix.data[i].col]++;}return result;}//乘法函数SparseMatrix multiplySparseMatrix(SparseMatrix matrix1,SparseMatrix matrix2){ SparseMatrix result;if(matrix1.cols!=matrix2.rows){result.rows=0;result.cols=0;result.num_elements=0;return result;}result.rows=matrix1.rows;result.cols=matrix2.cols;result.num_elements=0;bool visited[matrix2.cols];for(int i=0;i<matrix2.cols;i++){visited[i]=false;}for(int i=0;i<matrix1.num_elements;i++){for(int j=0;j<matrix2.num_elements;j++){if(matrix1.data[i].col==matrix2.data[j].row){Element element;element.row=matrix1.data[i].row;element.col=matrix2.data[j].col;element.value=matrix1.data[i].value*matrix2.data[j].value; result.data[result.num_elements++]=element;visited[matrix2.data[j].col]=true;}}}for(int i=0;i<matrix2.cols;i++){if(!visited[i]){for(int j=0;j<matrix1.rows;j++){Element element;element.row=j;element.col=i;element.value=0;result.data[result.num_elements++]=element;}}}return result;}```请注意,上述代码只是一个简单示例,实际应用中可能需要根据具体需求进行优化和扩展。

快速低秩矩阵与张量恢复的算法研究

快速低秩矩阵与张量恢复的算法研究

快速低秩矩阵与张量恢复的算法研究快速低秩矩阵与张量恢复的算法研究矩阵和张量在数学和计算机科学中扮演着重要的角色。

它们的应用涵盖了各个领域,如信号处理、图像处理、机器学习等。

然而,在实际应用中,由于采集噪声、数据丢失等原因,矩阵和张量的部分元素通常是未知的。

因此,如何从不完整的数据中恢复出原始的矩阵或张量,是一个非常具有挑战性的问题。

近年来,快速低秩矩阵与张量恢复算法被广泛研究。

这种算法利用了矩阵和张量的低秩性质,通过最小化秩的方法来恢复原始信息。

其中,低秩表示矩阵或张量具有较少的独立维度,即其元素之间具有一定的相关性。

在矩阵恢复中,通常假设矩阵具有低秩结构,同时给定了部分观测元素。

而在张量恢复中,将矩阵扩展到更高维度,考虑未知元素的多样性和相关性。

传统的矩阵和张量恢复算法,如SVD(奇异值分解)和张量分解,计算复杂度较高,对于大规模数据难以处理。

因此,研究者开始探索开发快速低秩矩阵与张量恢复的算法。

这些算法通过结合矩阵或张量的结构特点和优化方法,实现高效而精确的恢复。

以下将介绍几种常见的快速低秩矩阵与张量恢复算法。

首先,我们介绍一种基于核范数的矩阵恢复算法:迭代硬阈值算法。

该算法通过迭代优化目标函数,将迭代过程中的结果进行硬阈值处理,保留满足一定条件的元素,从而实现低秩矩阵的恢复。

该算法具有较快的收敛速度和较高的恢复准确度。

其次,我们介绍一种基于非凸优化的矩阵恢复算法:交替方向乘子法。

该算法将原始问题转化为一系列子问题,并通过交替求解这些子问题来逼近原始问题的最优解。

该算法通过引入拉格朗日乘子和交替更新变量的方法,实现低秩矩阵的高效恢复。

在张量恢复方面,一种常见的方法是张量核范数正则化算法。

该算法通过将张量分解为若干个矩阵相乘的形式,通过最小化核范数来恢复原始张量。

该算法利用了张量的低秩结构,同时具有较快的计算速度和较好的恢复效果。

除了以上介绍的算法,还有很多其他的快速低秩矩阵与张量恢复算法。

这些算法涵盖了不同的数学理论和计算方法,如凸优化、鲁棒统计等。

低秩矩阵恢复模型

低秩矩阵恢复模型

低秩矩阵恢复模型
低秩矩阵恢复模型是一种用于从不完整、噪声或有缺失数据的矩阵中恢复真实低秩结构的方法。

在许多实际场景中,我们可能只能观察到矩阵的部分元素,但我们希望能够利用这些部分观测来估计完整的矩阵。

低秩矩阵恢复模型的主要思想是,假设观测到的矩阵可以表示为一个相对较低秩的矩阵加上一个噪声项。

通过利用观测到的部分矩阵数据,我们可以使用优化算法来最小化原始矩阵与低秩矩阵的差异,并同时降低噪声的影响。

常见的低秩矩阵恢复方法包括奇异值分解(SVD)、核范数
规则化、迭代阈值算法等。

这些方法将低秩矩阵恢复问题转化为求解一个优化问题,通过最小化误差函数来估计原始矩阵。

此外,一些方法还引入了正则化项,以提高恢复结果的稀疏性,从而更好地应对噪声和缺失数据。

低秩矩阵恢复模型在很多领域有广泛应用,如图像恢复、视频处理、推荐系统等。

通过恢复低秩结构,可以提高模型的鲁棒性和泛化性能,并从有限的观测数据中获得更准确的信息。

低秩矩阵恢复的一般形式

低秩矩阵恢复的一般形式

低秩矩阵恢复的一般形式
低秩矩阵恢复是将退化图像看做一组低维数据加上噪声形成的,因此退化前的数据就可以通过低秩矩阵来逼近。

设$B$为模糊图像,根据低秩分解有$B=I+N$,其中$I$为清晰图像,是低秩的,$N$为噪声具有稀疏性。

低秩矩阵恢复的一般形式有以下几种:- RPCA(Robust Principal Component Analysis):通过将原始矩阵分解为低秩部分和一个稀疏部分来实现恢复。

稀疏部分通常包含噪声和异常值,而低秩部分则可以近似为原始矩阵。

RPCA的目标是找到一个低秩矩阵,使得其重构误差(即原始矩阵与低秩矩阵的差)的$L_2$数最小。

- NMF(Non-negative Matrix Factorization):将原始矩阵分解为两个非负矩阵的乘积,其中一个矩阵具有低秩性质。

这种方法通常用于图像处理和推荐系统中。

- LRR(Low-Rank Representation):一种基于低秩表示的方法,它可以用于异常值检测和低秩矩阵恢复。

LRR的目标是找到一个低秩矩阵,使得原始矩阵可以表示为该低秩矩阵和一个小规模扰动矩阵的乘积。

该扰动矩阵通常包含噪声和异常值。

需要注意的是,低秩矩阵恢复算法的性能主要取决于两个因素:准确性和鲁棒性。

准确性是指算法能否准确恢复原始矩阵;而鲁棒性则是指算法能否有效处理存在噪声和异常值的数据。

快速低秩矩阵与张量恢复的算法研究

快速低秩矩阵与张量恢复的算法研究

快速低秩矩阵与张量恢复的算法研究快速低秩矩阵与张量恢复的算法研究一、引言随着大数据时代的到来,数据存储和处理的需求不断增加。

然而,随之而来的挑战是海量数据的处理效率与存储空间的需求。

因此,如何从海量数据中恢复低秩矩阵和张量变得尤为重要。

低秩矩阵和张量恢复是一种重要的数据处理技术,它可以在大数据场景下高效地降低存储空间和计算复杂度。

二、低秩矩阵恢复算法研究1. 传统矩阵恢复算法传统的矩阵恢复算法主要有奇异值分解法和基于矩阵分解的方法。

奇异值分解法通过对待恢复的矩阵进行分解,将其分解为一个秩较低的矩阵乘积的形式。

基于矩阵分解的方法则是通过将待恢复的矩阵分解为多个低秩矩阵的乘积,从而实现低秩矩阵的恢复。

2. 快速矩阵恢复算法快速矩阵恢复算法是一种通过减少计算和存储复杂度的方法,以提高矩阵恢复的效率。

这类算法主要包括基于随机采样的方法和基于块状结构的方法。

其中,基于随机采样的方法通过从原始矩阵中随机选择一些列或行进行采样,然后通过对采样数据进行处理得到低秩矩阵的估计。

基于块状结构的方法则是将原始矩阵分割为多个块,每个块都是一个低秩矩阵,从而实现低秩矩阵的恢复。

三、低秩张量恢复算法研究1. 传统张量恢复算法传统的张量恢复算法主要有基于低秩分解的方法和基于张量分解的方法。

基于低秩分解的方法通过对张量进行分解,将其分解为一个低秩张量的乘积的形式。

基于张量分解的方法则是将张量分解为多个低秩张量的和,从而实现低秩张量的恢复。

2. 快速张量恢复算法快速张量恢复算法是一种通过减少计算和存储复杂度的方法,以提高张量恢复的效率。

这类算法主要包括基于核范数的方法和基于局部信息的方法。

基于核范数的方法通过对数据进行局部核化,然后通过核范数约束进行恢复。

基于局部信息的方法则是通过对数据进行划分,每个划分都可以看作是一个低秩张量,并通过这些低秩张量的恢复来实现原始张量的恢复。

四、算法性能评价与比较1. 运行时间对于矩阵恢复算法而言,快速算法相比传统算法具有更快的运行速度,因为快速算法通过减少计算和存储复杂度来提高效率。

矩阵低秩分解 python

矩阵低秩分解 python

矩阵低秩分解 python矩阵低秩分解是一种常用的数据降维技术,它可以帮助我们发现数据中的潜在模式和结构。

在本文中,我将向大家介绍如何使用Python进行矩阵低秩分解。

首先,我们需要导入一些必要的库。

在Python中,我们可以使用NumPy和SciPy库来进行矩阵运算和线性代数计算。

我们还可以使用matplotlib库来可视化我们的结果。

python.import numpy as np.from scipy.linalg import svd.import matplotlib.pyplot as plt.接下来,我们将创建一个随机的矩阵,并对其进行低秩分解。

在这里,我们将使用SVD(奇异值分解)来进行低秩分解。

python.# 创建一个随机矩阵。

A = np.random.rand(5, 3)。

# 对矩阵进行SVD分解。

U, S, V = svd(A)。

现在,我们可以使用低秩分解得到的矩阵U、S和V来重构原始矩阵,并对其进行可视化。

python.# 重构原始矩阵。

A_reconstructed = np.dot(U[:, :2],np.dot(np.diag(S[:2]), V[:2, :]))。

# 可视化原始矩阵和重构矩阵。

plt.subplot(121)。

plt.imshow(A, cmap='gray')。

plt.title('Original Matrix')。

plt.subplot(122)。

plt.imshow(A_reconstructed, cmap='gray')。

plt.title('Reconstructed Matrix')。

plt.show()。

通过以上代码,我们可以看到原始矩阵和重构矩阵的差异,从而了解低秩分解是如何帮助我们发现数据中的潜在模式和结构的。

总结一下,本文介绍了如何使用Python进行矩阵低秩分解。

《2024年从压缩传感到低秩矩阵恢复_理论与应用》范文

《2024年从压缩传感到低秩矩阵恢复_理论与应用》范文

《从压缩传感到低秩矩阵恢复_理论与应用》篇一从压缩传感到低秩矩阵恢复_理论与应用从压缩传感到低秩矩阵恢复:理论与应用一、引言在信息处理和数据分析的领域中,压缩传感(Compressed Sensing)和低秩矩阵恢复(Low-Rank Matrix Recovery)是两个重要的技术。

它们都为大数据的快速处理和有效存储提供了可能,并在图像处理、信号处理、机器学习等领域有着广泛的应用。

本文将详细介绍这两种技术的理论背景、应用场景以及它们之间的联系。

二、压缩传感理论与应用1. 理论背景压缩传感是一种信号采集与处理的理论和技术,其基本思想是通过对信号的稀疏性进行建模和优化,从而以低于传统方法的采样率进行信号的采集和恢复。

这种技术可以有效地降低数据的存储和处理成本,提高数据处理的速度和效率。

2. 应用场景压缩传感在图像处理、信号处理、无线通信等领域有着广泛的应用。

例如,在图像处理中,压缩传感可以用于图像的压缩和去噪,提高图像的质量和存储效率。

在无线通信中,压缩传感可以用于信号的采集和传输,提高通信的效率和可靠性。

三、低秩矩阵恢复理论与应用1. 理论背景低秩矩阵恢复是一种针对高维数据的处理方法,其基本思想是通过对数据的低秩性进行建模和优化,从而从被噪声污染的数据中恢复出原始的低秩矩阵。

这种技术可以有效地处理高维数据,提取出有用的信息,提高数据处理的效果和效率。

2. 应用场景低秩矩阵恢复在图像处理、视频处理、机器学习等领域有着广泛的应用。

例如,在图像处理中,低秩矩阵恢复可以用于图像的背景提取、运动检测等任务。

在视频处理中,低秩矩阵恢复可以用于视频的压缩和去噪。

在机器学习中,低秩矩阵恢复可以用于特征提取和降维,提高机器学习算法的效果和效率。

四、从压缩传感到低秩矩阵恢复的关联与比较压缩传感和低秩矩阵恢复都是针对高维数据的处理方法,但它们的侧重点和应用场景有所不同。

压缩传感主要关注信号的稀疏性,通过优化算法以低于传统方法的采样率进行信号的采集和恢复;而低秩矩阵恢复则主要关注数据的低秩性,通过优化算法从被噪声污染的数据中恢复出原始的低秩矩阵。

低秩恢复 doa matlab

低秩恢复 doa matlab

低秩恢复doa matlabLow-rank recovery is a computational technique used in signal processing and machine learning to restore data corrupted by noise or outliers.低秩恢复是一种用于信号处理和机器学习的计算技术,用于恢复被噪声或异常值破坏的数据。

It involves finding a low-rank approximation of the data matrix, which effectively filters out the noise or outliers while preserving the underlying structure of the data.它涉及找到数据矩阵的低秩近似,从而有效地过滤掉噪声或异常值,同时保留数据的底层结构。

DOA, or Direction of Arrival, estimation is a technique used in array signal processing to determine the direction from which a signal is arriving.DOA(到达方向)估计是一种阵列信号处理中使用的技术,用于确定信号到达的方向。

In the context of low-rank recovery, DOA estimation can be improved by leveraging the low-rank structure of the received signal matrix. 在低秩恢复的上下文中,通过利用接收信号矩阵的低秩结构,可以改进DOA 估计。

MATLAB is a popular programming environment for numerical computing and algorithm development, widely used in various fields includingsignal processing and machine learning.MATLAB是一种流行的数值计算和算法开发编程环境,广泛应用于包括信号处理和机器学习在内的各个领域。

低秩矩阵在CT图像重建中的应用

低秩矩阵在CT图像重建中的应用

低秩矩阵在CT图像重建中的应用马海英;宣士斌;向顺灵【摘要】CT图像重建是医学影像学的重要研究课题,但由于噪声对医学CT图像的影响比较大,为了在不牺牲图像精度和空间分辨率的情况下,重建出噪声含量最低的图像,就要选择合适的去噪方法对图像进行预处理.针对于此,笔者提出一种新的CT 图像重建算法,重建过程分成两个步骤:首先用低秩矩阵加权核范数最小化(WNNM)进行图像去噪,再用低秩矩阵分解(LRMD)更新CT图像.实验结果表明,提出的方法具有较强的细节保持能力,低秩矩阵的特性简化计算过程,降低算法复杂度,同时保证了重建图像的去噪效果.【期刊名称】《广西民族大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(022)003【总页数】7页(P86-92)【关键词】低秩矩阵;核范数;CT图像重建【作者】马海英;宣士斌;向顺灵【作者单位】广西民族大学信息科学与工程学院,广西南宁 530006;广西民族大学信息科学与工程学院,广西南宁 530006;广西民族大学广西混杂计算与集成电路设计分析重建实验室,广西南宁 530006;广西民族大学中国-东盟研究中心,广西南宁530006;广西民族大学信息科学与工程学院,广西南宁 530006【正文语种】中文【中图分类】TP391.4近年来,CT图像重建的统计学习方法发展迅速,这是由于CT扫描时需要低剂量的X射线辐射的同时要保留高质量的重建图像.然而,统计学方法计算量大、耗时长的特点限制了它的实际应用,为了加速统计方法,许多优化技术被提出,这些算法包括:迭代阈值法(Iterative shrinkage/thresholding algorithm,IST)[1]、两步迭代阈值法(Two step iterative shrinkage/thresholding algorithm,TwIST)[2]、快速迭代阈值法(Fast Iterative shrinkage/thresholding algorithm,FISTA)[3];分裂 Bregman 方法(Split Bregman algorithm)[4]、Bregman 算子分裂方法(Bregmanized operator splitting,BOS)[5];低秩矩阵恢复(low-rank matrix recovery,LRMR)技术[6];Tao [7]等在交替最小化方法的基础上提出了交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM)[8];低秩矩阵分解(low-rank matrix decomposition,LRMD)技术是近几年迅速发展起来的一种高维数据分析工具,并在协同过滤(collaborative filtering)、控制(control)、遥感(remote sensing)、量子态层析成像(quantum state tomography)、机器学习和计算机视觉等领域得到广泛应用.近似低秩矩阵,旨在从它的退化视图中恢复潜在低秩矩阵,它在计算机视觉和机器学习中有较大应用.例如,通过人脸面部图像形成矩阵的低秩特性允许我们重建损坏的脸部[9].网飞公司客户数据矩阵就被认为是一种低秩矩阵,因为客户的选择大部分受一些常规因素的影响[10].通过静态相机捕获的视频片段有一个清晰的低秩特性,基于背景建模和前景抽取[11]可以被统计出来.在自然图像中通过非局部相似块形成矩阵也是低秩特性.由于凸凹优化技术的迅速发展,近年来在近似低秩矩阵中有一系列的研究,同时提出许多重要模型和算法.目前低秩矩阵技术主要包含矩阵填充(matrix completion,MC)[12]、鲁棒主成分分析(robust principle component analysis,RPCA)[13]和低秩表示(low-mnk representation,LRR)[14]三个方面的内容.该技术的理论基础是矩阵的仿射秩最小化理论,即在给定线性方程组约束下,以矩阵的秩作为测度对目标矩阵进行分析和处理.然而,秩最小化问题在理论上是NP难(Non-deterministic Polynomial Hard,NP Hard)的.类似于压缩感知(compressive sensing,CS)中用l1范数代替l0范数[15],在拓展了约束等距性(restricted isometry property,RIP)条件后,核范数(矩阵的所有奇异值的和)被用来代替秩函数作为原优化问题的目标函数[16].事实上,压缩感知与秩最小化是密切相关的.当矩阵为对角矩阵时,秩最小化问题就是退化为在矩阵的子空间中找一个最稀疏向量的问题.此时,矩阵的奇异值的和就等同于矩阵的对角元的绝对值之和,即求解核范数最小化问题与l1范数最小化问题是等价的.由于低秩矩阵分解的凸松弛问题,核范数最小化成为近年来研究的重点.标准核范数最小正则化(NNM)[17]每一个奇异值等同于追求目标函数的凸性问题.然而,这也使其在处理许多实际问题中(如,图像去噪、图像恢复)很大程度上限制了它的性能和灵活性,因为有些奇异值有明显的物理意义,应该区别对待.文中,我们研究了加权核范数最小化(WNNM)问题,此处的奇异值被分配了不同的权重,然后利用图像非局部自相似性将提出的WNNM算法进行图像去噪,实验证明提出的WNNM算法在图像定量测量和视觉感知质量方面明显高于许多先进的去噪算法(如BM3D).文中,我们提出了基于低秩矩阵加权核范数最小化的去噪模型,并将该模型应用于CT图像去噪,同时将基于低秩矩阵分解应用于CT重建,在重建模型中利用前面提出的图像去噪模型进行图像去噪,建立CT数据重建数学模型,利用傅里叶变换和低秩矩阵的特性简化计算过程,降低算法复杂度.实验表明本文提出的方法具有较好的去噪效果,且为CT重建中的图像去噪步骤提供了坚实的基础,同时具有较强的细节保持能力.假设观测图像是有噪声的图像,px是想要恢复的无噪声图像,令y=px+n,其中n是假定均值为0,方差为的加性高斯白噪声.按照传统的稀疏表示去噪算法,我们可以列出一个优化方程,然后解这个优化程:‖y-px‖‖x‖1我们所要求解的去噪后的图像为px.其中,p代表对动态图像投影,‖·‖F为F范数,‖·‖1为l1范数.核范数最小化(NNM)是一个凸性最优问题.由于许多低秩矩阵能通过NNM方法得到很好的恢复并能高效的解决,因此核范数最小化广泛应用于低秩矩阵最优化问题中,它能通过F范数测量观测数据矩阵Y和潜在数据矩阵X的区别,通过奇异值的软阈值法得到一个分析解.由于相同的软阈值将会应用到所有奇异值中,NNM方法显然不太合理,因为不同的奇异值可能有不同的价值,因此他们需要区别对待.为达到这个目的,我们使用加权核范数来正则化X.下式为加权核范数最小化式化:‖Y-X‖‖X‖w,*对于图像y中局部块yi,我们可以在图像中通过一些方法(如块匹配[18])找到它的非局部相似块,通过将这些非局部相似块堆叠成一个矩阵Yj,我们有Yj=Xj+Nj,pXj和Nj分别是原始图像和噪声图像的块矩阵.Xj应该是一个低秩矩阵,通过Yj的近似低秩矩阵方法估计Xj.通过聚集所有的去噪块,整幅图像将被估计出来.我们应用提出的WNNM模型从Yj估计Xj用于图像去噪.通过使用噪声方差正则化F范数数据保真项‖Yj-Xj‖F,我们有如下的能量函数:‖Yj-Xj‖‖Xj‖w,*显然,现在的关键问题是权重向量w的确定.对于自然图像,我们有普遍的先验知识,即pXj的较大奇异值比较小的更重要,因为他们代表Xj主要部分的能量.去噪应用中,奇异值越大,他就应该缩减得越小.因此,权重分配给σi(Xj),Xj的第i个奇异值应该和σi(Xj)成反比,我们让:c>0是常数,n是Yj中相似块的数目,ε=10-16是防止除数为0.假定噪声能量跨越基底U和V的每个子空间是均匀分布的,然后最初σi(Xj)估计可以写成如下:σi(Yj)表示Yj第i个奇异值.通过将以上的程序应用到每个块中然后聚集所有的块,就能重建图像x.实际操作中,我们可以多次运行以上程序以提高去噪质量.整体的去噪算法在算法1中总结出来:输入:噪声图像y1)初始化2)for k=1:K do3)迭代正则化4)for y(k)中的每个块yjdo5)找到相似块组Yj6)评估权重向量w7)奇异值分解[U,∑,V]=SVD(Yj)8)获得估计值9)结束10)聚集Xj形成清晰图像(k)11)结束输出:清晰图像(k)在重建模型中利用前面提出的图像去噪模型进行图像去噪,建立CT数据重建数学模型,然后利用低秩矩阵分解的特性将得到的清晰图像运用到锥束CT成像(CBCT)[19]图像重建中.Cai等人[19]将时间作为一个维度,利用序列CBCT图像中潜在的周期性或重复性等时间上的相关性建模并求解.首先将应用于所有不同投影时刻的图像xi以向量的形式按列依次排成一个矩阵X.矩阵的每一列代表一幅待重建的CBCT图像,矩阵的列数即为投影的次数.该算法的核心思想是矩阵X的秩远小于投影的次数,因此对其进行矩阵的乘法分解X=LR.X中的图像性质分别体现在矩阵L的稀疏性和矩阵R的近似周期性上.首先,矩阵L的列是对矩阵R的秩的约束,无形中对CBCT中所有图像加了一个时间相容性条件.事实上,矩阵L的每一列都是一幅CBCT图像,因此L是可被用于表示矩阵X中的所有图像的一组基.其次,矩阵R的行是矩阵X在基L下的系数,具有一定的周期性或重复性.可以将CBCT重建看成一个如下最优化问题:‖dL‖1+λ‖fR‖1,其中,p代表对动态图像投影,Y为投影数据,σ为误差控制项.考虑到L和R分别具有稀疏性和潜在的周期性等先验信息,分别采用了在小波紧框架[21]下的稀疏算法d和傅里叶变换f.‖·‖为l1范数,λ为平衡参数.上一节中‖X‖w,*是加权核范数即矩阵X中奇异值的总数.加权核范数最小化能够找到最低秩解[21],然后选择最优的秩K来逼近最低秩解进行CT图像更新.让=W∑VT成为一个奇异值的分解,如果的秩比K小,我们就选择L(0)=W∑1/2和R(0)=∑1/2VT作为初值.如果的秩比K大,我们就选择K和K作为初值,此处WK,VK分别代表W和V的第一个K列,∑K 表示∑的K×K主子阵.由此,L(0)R(0)是近似解的最优秩K.首先,Cai使用split Bregman[22]方法来解决这个优化问题,首先引入两个辅助变量C和D,那么等式(6)就等价于下式:‖C‖1+λ‖D‖1增广拉格朗日式即:E(C,D,L,R,Z,Z1,Z2)=‖C‖1+λ‖‖p(LR)-F‖‖C-dL‖‖D-fR‖此处<·,·>表示内积,Z,Z1和Z2表示拉格朗日乘子.合理的固定Z,Z1,Z2,再通过最小化E(C,D,L,R,Z,Z1,Z2)就能找到最优的C,D,L,R.因此,关键是确定Z,Z1,Z2.在增广拉格朗日算法中,我们使用下式进行交替极小化算法:这4个子问题通过软阈值法和线性方程求解器(如共轭梯度法)求解.这个算法总结到如下算法中,Γ是软阈值运算符,定义为[Γ(A)]ij=sign([A]ij)·max{‖A‖ij-,0}.1)通过如下最小化迭代.i)更新).ii)更新).iii)更新‖p(LR)-F+Z(k)/ μ‖‖‖F.iv)更新‖p(LR)-F+Z(k)/ μ‖‖‖F.2)如果‖p(L(k+1)R(k+1))-F‖足够小,则3)Z(k+1)=Z(k)+(p(L(k+1)R(k+1))-F)).6)k=k+1,返回第1步.为了对图像去噪效果进行评价,采用峰值信噪比(PSNR)进行客观评价.令大小为M×N的原图和有噪声图像分别为x和y,PSNR值计算公式如下:其中x(i,j)和y(i,j)分别表示图像x和y在位置(i,j)处的幅值.PSNR的值越高表示图像和原图越相似,去噪效果越好.为了对重建图像效果进行评价,本文采用均方根误差(RMSD)进行评价.其中迭代次数RMSD值越小表示图像和原图越接近,重建效果越好.程序仿真基于VirtualBox centos 6.6-32bit 系统下的Matlab编程环境,在CPU 为AMD Athlon2.99 GHz П X2 B24 处理器下,内存为1.75 GB的PC机上运行.视频的分辨率均为480×320.为了验证文中所提基于低秩矩阵加权核范数最小化的图像去噪算法的有效性,对CT图像进行了仿真测试,并采用峰值信噪比PSNR (Peak Signal Noise Ration)评价标准作为评价图像去噪的标准.为了验证加权核范数最小化(WNNM)去噪效果的优越性,本文对比算法是NNM和BM3D,所用评价标准为PSNR.从表1可以看出,对于CT图像的去噪结果,本文所提算法PSNR值比NNM和BM3D (精确已知噪声标准差的情况)高,因此本文所提去噪算法的去噪结果会比NNM、BM3D好.为了验证本文提出算法(LRMD-WNNM)的可行性,由于每一个锥束CT(CBCT)图像的重建都是基于相应的瞬时投影.该算法首先进行去噪预处理,然后有效地利用潜在的周期性或重复性等时间上的相关性建模并求解,如图2所示,容易发现本文算法能捕获解剖图的运动状态并恢复得其结构,同时能重构出高分辨率的CT图像.为了验证本文提出的算法(LRMD-WNNM)相对于Cai提出的简单的LRMD方法更具优越性,分别将这两种方法进行CT重建,由图3可知,提出的算法(LRMD-WNNM)更能有效地去除伪影,具有较好的去噪能力,重建效果更清晰.这主要是由于CT图像在低秩矩阵分解之前进行去噪预处理,因此重建的图像更接近原始图像.为了验证提出算法的优越性,实验将三种算法在相同条件下进行的CT图像重建效果比较.图4将滤波反投影法(FBP)、可分二次迭代(SQS)和提出的算法(LRMD-WNNM)进行CT图像重建效果的比较,图5将这三种方法在前10次迭代的RMSD进行了比较.由图可知LRMD-WNNM算法的重建效果优于FBP、SQS算法,这主要是因为LRMD-WNNM算法相对于SQS算法具有更好的稳定性且预先进行了更好地去噪处理,这就使得提出的算法在更新图像的过程中降低了图像伪影,低秩矩阵的特性简化计算过程,降低算法复杂度,提高了算法的收敛速率,同时也降低了RMSD值,具有更优越的重建精度.本文提出了基于低秩矩阵加权核范数最小化的去噪模型,并将该模型应用于CT图像去噪,同时将基于低秩矩阵分解应用于CT重建,在重建模型中利用前面提出的图像去噪模型进行图像去噪,建立CT数据重建数学模型,利用傅里叶变换和低秩矩阵的特性简化计算过程,降低算法复杂度.实验表明本文提出的方法具有较好的去噪效果,且为CT重建中的图像去噪步骤提供了坚实的基础,同时具有较强的细节保持能力.尽管这种可行性实验取得了成功,但是对于CBCT的临床应用仍然存在一些实际问题.首先,当把CB几何模型建模成一个立体CBCT图像时,由于涉及极大的数据就会带来一些潜在问题,计算效率也会降低.这些问题能通过一些更有力的计算平台(如计算GPU)得到一定缓解.降低图像质量的另一问题是呼吸模型的奇异性.这种方法在CBCT图像中有效地利用时间相关的周期性,然而它在患者不规则呼吸运动情况下(如咳嗽)时将有所下降,将来可以对那些不规则运动的情形在仿真数据中进行更深远的研究.。

低秩矩阵恢复算法综述

低秩矩阵恢复算法综述

优化问题式(9)是 NP难的,因此需要对此优化问题的目
标函数进行松弛。由于矩阵的核范数是矩阵秩的包络,矩阵的
(1,1)范数是 0范数的凸包,故将问题式(9)松驰到如下凸优
化问题:
mA,iEn‖A‖ +λ‖E‖1,1 s.t. A+E=D
(10)
在实际计算中,文献[8]建议取 λ=1/槡max(m,n)。优化 问题式(10)也称为鲁棒主成分分析。下面简要介绍求解 RP
=max 1≤i≤n
ai 。
定义 2 矩阵的内积。对于两个同型的 m×n维实矩阵 A
和 B,它们的内积为〈A,B〉=∑mi=1∑nj=1aijbij。 定义 3 矩阵的范数。矩阵 A=(aij)m×n∈Rm×n的 Frobe
槡 nius范数为‖A‖F = ∑mi=1∑nj=1a2ij,0范数‖A‖0 为矩阵 A
(12)
使用迭代阈 值 算 法 (iterativethresholding,IT)交 替 更 新 矩
阵 A、E和 Y。当 E=Ek,Y=Yk时,
Ak+1=argmAinL(A,Ek,Yk)=argmAin‖A‖ /μ+ ‖A-Yk/μ‖2F/2=D1/μ(Yk/μ)=μ-1D1(Yk)
(13)
当 A=Ak+1,Y=Yk时,
CA的几种主要的算法。
迭代阈值算法[]
将最优化问题式(10)正则化,便得到优化问题:
min ‖A‖
A,E

+λ‖E‖1,1 +μ(‖A‖2F +‖E‖2F)/2
s.t.A+E=D
(11)
其中:参数 μ为比较小的正数。优化问题式(11)的拉格朗日 (Lagrange)函数为
L(A,E,Y)=‖A‖ +λ‖E‖1,1+ μ(‖A‖2F +‖E‖2F)/2+〈Y,D-A-E〉
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function x_out= MSB(Aop,y_vec,s_x,lambda1,rnk,iter)
% function [x_out obj_func]= MSB(Aop,y_vec,[m n],lambda1,rnk)
% This code solves the problem of recovering a low rank matrix from its
% lower dimensional projections
% Minimize ||X||* (nuclear norm of Z)
% Subject to A(X) = Y
%formulated as an unconstarined nuclear norm minmization problem using Split bregman algorithm
% Minmimize (lambda1)||W||* + 1/2 || A(X) - y ||_2^2 + eta/2 || W-X-B1 ||_2^2
%W is auxillary variable and B1 is the bregman variable
%INPUTS
%Aop : Linear operator
%y_vec : Vector of observed values
%s_x : size of the data matrix to be recovered (in form of [m n]) %lambda1:regularization parameter
%rnk : rank estimation for X
%iter : maximum number of iterations to be carried out
%OUTPUTS
%x_out : recovered matrix
if nargin < 6
error('Insufficient Number of arguments');
end
%Variable and parameter initialization
eta1=.001; % Regularization parameter
s_new=s_x(1)*s_x(2);
W=zeros(s_new,1); % proxy variable
B1=ones(s_new,1); % bregman variable
% create operator for least square mimimization
I=opDiag(s_new,1);
Aop_concat = opStack([1 eta1],Aop,I);
%run iterative algorithm
for iteration=1:iter
%measurement vector for L2 minimization
b_vec=[y_vec;eta1*(W-B1)];
%L2 minimization step (subproblem 1)
X=lsqr(@lsqrAop,b_vec);
%Nuclear norm minization Step (subproblem 2)
W=X+B1;
[W, s_thld]=nuc_norm(W,s_x,s_new,lambda1,eta1,rnk);
%bregman variable update
B1 = B1+X-W;
%Objective function value
obj_func(iteration)=0.5*norm(y_vec-Aop(X,1))+ lambda1*sum(s_thld) ;
if iteration>10 &&
abs(obj_func(iteration)-obj_func(iteration-10))<1e-7 break
end
end
%reshaping recovered vector to matrix form
x_out = reshape(X,s_x(1),s_x(2));
%Plot objective function
plot(obj_func);
title('Convergence of Objective Function')
xlabel('Number of iterations');
ylabel('Objective function value');
function y = lsqrAop(x,transpose)
switch transpose
case'transp'
y = Aop_concat(x,2);
case'notransp'
y = Aop_concat(x,1);
end
end
end。

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