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从局部相关测量快速恢复相位。 (英语) Zbl 1352.49035号

摘要:我们开发了一种快速相位恢复方法,该方法可以利用大量基于局部无相位相关的测量,在近线性时间内恢复给定信号(mathbf{x}inmathbb{C}^d)(直至未知全局相位)。伴随的理论分析证明,对于特定的基于确定性相关的测量选择,所提出的算法能够确定地恢复满足自然平坦度(即非party)条件的所有信号(mathbf{x})。然后,这些相同测量的随机版本显示为任意信号(mathbf{x}\inmathbb{C}^d)提供了非均匀概率恢复保证。数值实验证明了该方法的速度、准确性和实用性——所有代码都是公开的。在其最简单的形式中,我们提出的相位恢复方法采用了一种改进的提升方案,类似于著名的PhaseLift算法所使用的提升方案。特别地,它将({mathbf x})的二次量值测量解释为(|j-i|<delta\lld)的提升变量限制集(x_i\overline{x_j})线性测量。这导致了一个包含总共(2δ-1)d)个未知提升变量的线性系统,所有这些变量都可以通过仅使用(mathcal{O}(δd)测量来求解。一旦恢复了这些提升变量,(|j-i|<delta\ll d)的(x_i\overline{x_j}\),就可以使用快速角度同步方法在整个矢量上传播它们提供的局部相位差信息,以便估计({mathbf x}\)每个条目的(相对)相位。此外,对应于(x_j\上划线{x_j}=|x_j|^2)的提升变量自动为({mathbf x}\)的每个条目\(x_j)提供幅度估计。然后,通过仔细组合这些入门级相位和幅度估计值,所提出的相位恢复方法近似于({mathbf x})。最后,我们通过将所提方法扩展到稀疏相位检索问题得出结论;具体地说,我们证明了一种次线性时间压缩相位恢复算法,该算法保证在仅使用(mathcal{O}(s\log^5s\cdot\logd))震级测量的情况下,以高概率恢复给定的稀疏向量(mathbf{x}in\mathbb{C}^d)。在此过程中,我们证明了压缩相位恢复算法的存在,其运行时复杂度接近最优线性稀疏。

MSC公司:

49号45 最优控制中的逆问题
49号30 信息不完整的问题(优化)
42A38型 Fourier和Fourier-Stieltjes变换以及其他Fourier类型的变换
65T50型 离散快速傅立叶变换的数值方法
15B52号 随机矩阵(代数方面)
68周25 近似算法
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参考文献:

[1] D.Achlioptas,{it Database-friended random projections},载于《ACM SIGMOD-SIGACT-SIGART数据库系统原理研讨会论文集》,ACM,纽约,2001年,第274-281页。
[2] B.Alexeev、A.S.Bandeira、M.Fickus和D.G.Mixon,{偏振相位恢复},SIAM J.成像科学。,7(2014),第35-66页·兹比尔1304.49071
[3] R.Baraniuk、M.Davenport、R.DeVore和M.Wakin,{随机矩阵限制等距性的简单证明},Constr。约,28(2008),第253-263页·Zbl 1177.15015号
[4] S.Becker、E.J.Candes和M.Grant,{\it凸锥问题的模板及其在稀疏信号恢复中的应用},数学。程序。计算。,3(2011年),第165-218页·Zbl 1257.90042号
[5] S.Becker、E.J.Candes和M.Grant,{it TFOCS:一阶二次曲线解算器模板,第}1.4版。http://cvxr.com/tfocs, 2016.
[6] T.Blumensath和M.E.Davies,{压缩感知的迭代硬阈值},应用。计算。哈蒙。分析。,27(2009),第265-274页·Zbl 1174.94008号
[7] J.Bougain和J.Nelson,{走向欧几里德空间稀疏降维的统一理论},Geom。功能。分析。,25(2015),第1009-1088页·Zbl 1341.46007号
[8] E.J.Candes和T.Tao,{线性编程解码},IEEE Trans。通知。《理论》,51(2005),第4203-4215页·Zbl 1264.94121号
[9] E.J.Candes和T.Tao,《随机投影中的近最优信号恢复:通用编码策略?》,IEEE Trans。通知。《理论》,52(2006),第5406-5425页·Zbl 1309.94033号
[10] E.J.Candes和X.Li,{当方程数量与未知数差不多时,通过相位提升求解二次方程},Found。计算。数学。,14(2014),第1017-1026页·Zbl 1312.90054号
[11] E.J.Candes、X.Li和M.Soltanolkotabi,{编码衍射图案的相位恢复},应用。计算。哈蒙。分析。,39(2015),第277-299页·Zbl 1329.78056号
[12] E.J.Candes、X.Li和M.Soltanolkotabi,《通过Wirtinger流进行相位恢复:理论和算法》,IEEE Trans。通知。《理论》,61(2015),第1985-2007页·兹比尔1359.94069
[13] E.J.Candes、J.Romberg和T.Tao,《稳健不确定性原理:从高度不完整的频率信息精确重建信号》,IEEE Trans。通知。《理论》,52(2006),第489-509页·Zbl 1231.94017号
[14] E.J.Candes、T.Strohmer和V.Voroninski,《相位提升:通过凸编程从幅度测量中精确稳定地恢复信号》,Comm.Pure Appl。数学。,66(2013),第1241-1274页·Zbl 1335.94013号
[15] Y.Chen和E.J.Candes,{求解随机二次方程组几乎与求解线性系统一样容易},Comm.Pure Appl。数学。,https://doi.org/10.1002/cpa.21638doi:10.1002/第21638页·Zbl 1379.90024号
[16] S.Dasgupta和A.Gupta,《约翰逊和林登斯特劳斯定理的初等证明》,《随机结构算法》,22(2003),第60-65页·Zbl 1018.51010号
[17] L.Demanet和P.Hand,{\it从无相位线性测量中稳定的无优化恢复},J.傅立叶分析。申请。,20(2014),第199-221页·Zbl 1330.90069号
[18] Y.C.Eldar和S.Mendelson,{相位恢复:稳定性和恢复保证},应用。计算。哈蒙。分析。,36(2014),第473-494页·Zbl 06298184号
[19] A.Fannijiang和W.Liao,{随机相位照明相位恢复},J.Opt。美国证券交易委员会。A、 29(2012),第1847-1859页。
[20] J.R.Fienup,{从傅里叶变换模重建物体},光学。莱特。,3(1978年),第27-29页。
[21] S.Foucart和H.Rauhut,《压缩传感的数学导论》,Birkha用户,巴塞尔,2013年·Zbl 1315.94002号
[22] P.Frankl和H.Maehara,《Johnson-Lindenstraus引理与某些图的球性》,J.Combina.理论Ser。B、 44(1988),第355-362页·Zbl 0675.05049号
[23] R.Gerchberg和W.Saxton,《从图像和衍射平面图确定相位的实用算法》,Optik,35(1972),第237-246页。
[24] M.Grant和S.Boyd,{非光滑凸程序的图形实现},收录于《学习与控制的最新进展》,V.Blondel、S.Boud和H.Kimura编辑,《控制与信息的讲义》。科学。371,Springer-Verlag,伦敦,2008年,第95-110页,http://stanford.edu网站/boyd/graph_dcp.html·Zbl 1205.90223号
[25] M.Grant和S.Boyd,{\it CVX:Matlab Software for Disciplined Convex Programming,第}2.1版,2014年。
[26] D.Gross、F.Krahmer和R.Kueng,{从编码衍射模式恢复相位的改进恢复保证},预印本,arXiv:1402.6286;可在线访问https://doi.org/10.1016/j.acha.2015.05.004doi.org/10.1016/j.aca.2015.05.004(2014年)·Zbl 1393.94250号
[27] R.W.Harrison,{结晶学中的相位问题},J.Opt。美国证券交易委员会。A、 10(1993年),第1046-1055页。
[28] M.Iwen,{使用稀疏二进制矩阵的压缩感知:近最佳时间内的实例最优误差保证},J.Complexity,30(2014),第1-15页·Zbl 1294.65045号
[29] M.Iwen、F.Krahmer和A.Viswanathan,{技术注释:对[1]中定理1.3的微小修正,http://users.math.msu.edu/users/markiwen/Papers/PhaseLiftproof.pdf (2015).
[30] M.Iwen、A.Viswanathan和Y.Wang,{\it稳健的稀疏相位检索变得容易},Appl。计算。哈蒙。分析。,https://doi.org/10.1016/j.acha.2015.06.007doi:10.1016/j.acha.2015.06.007·Zbl 1393.94274号
[31] M.Iwen,Y.Wang和A.Viswanathan,{\it BlockPR:用于从局部相关测量中进行相位检索的Matlab软件,版本}0.2,https://bitbucket.org/charms/blockpr网站 (2016). ·Zbl 1352.49035号
[32] W.Johnson和J.Lindenstrauss,{Lipschitz映射到Hilbert空间的扩展},Contemp。数学。,26(1984年),第189-206页·Zbl 0539.46017号
[33] F.Krahmer和R.Ward,{通过受限等距属性}的新的和改进的Johnson-Lindenstraus嵌入,SIAM J.Math。分析。,43(2011),第1269-1281页·Zbl 1247.15019号
[34] X.Li和V.Voroninski,{通过凸规划从二次测量中恢复稀疏信号},SIAM J.Math。分析。,45(2013),第3019-3033页·Zbl 1320.94023号
[35] A.M.Maiden和J.M.Rodenburg,《衍射成像用改进的光学相位恢复算法》,《超微显微镜》,109(2009),第1256-1262页。
[36] S.Marchesini,{特邀文章:相位恢复迭代投影算法的统一评估},Rev.Sci。仪器。,78 (2007), 011301.
[37] J.Miao、T.Ishikawa、Q.Shen和T.Earnest,《扩展x射线结晶学以允许非晶体材料、细胞和单蛋白复合物成像》,Annu。物理版。化学。,59(2008),第387-410页。
[38] R.Millane,{结晶学和光学中的相位恢复},J.Opt。美国证券交易委员会。A、 7(1990年),第394-411页。
[39] D.Needell和J.A.Tropp,{it CoSaMP:从不完整和不准确样本中恢复迭代信号},Appl。计算。哈蒙。分析。,26(2009),第301-321页·Zbl 1163.94003号
[40] D.Needell和R.Vershynin,{一致不确定度原理和通过正则化正交匹配追踪恢复信号},Found。计算。数学。,9(2009),第317-334页·Zbl 1183.68739号
[41] D.Needell和R.Vershynin,{通过正则化正交匹配追踪从不完整和不准确测量中恢复信号},IEEE J.Sel。顶部。信号处理。,4(2010年),第310-316页。
[42] P.Netrapalli、P.Jain和S.Sanghavi,{使用交替最小化的相位恢复},IEEE Trans。信号处理。,63(2015),第4814-4826页·Zbl 1394.94421号
[43] H.Ohlsson、A.Yang、R.Dong和S.Sastry,《CPRL:压缩传感对相位恢复问题的扩展》,摘自《神经信息处理系统进展论文集》,加利福尼亚州拉荷拉,2012年,第1376-1384页。
[44] J.Qian,C.Yang,A.Schirotzek,F.Maia,and S.Marchesini,《指纹相位恢复的有效算法》,逆问题。申请。,康斯坦普。《数学》,615(2014),第261-280页·Zbl 1329.65332号
[45] J.M.Rodenburg,《光学成像和相关衍射成像方法》,《高级成像电子物理》。,150(2008),第87-184页。
[46] J.M.Rodenburg和H.M.Faulkner,{\it用于移动照明的相位检索算法},Appl。物理学。莱特。,85(2004),第4795-4797页。
[47] P.Schniter和S.Rangan,{通过广义近似消息传递的压缩相位恢复},IEEE Trans。信号处理。,63(2014),第1043-1055页·Zbl 1394.94506号
[48] Y.Shechtman、A.Beck和Y.C.Eldar,《GESPAR:稀疏信号的有效相位恢复》,IEEE Trans。信号处理。,62(2014),第928-938页·Zbl 1394.94522号
[49] A.Singer,{通过特征向量和半定规划实现角度同步},应用。计算。哈蒙。分析。,30(2011),第20-36页·Zbl 1206.90116号
[50] G.J.Tee,{块循环矩阵和交替循环矩阵的特征向量},新西兰数学杂志。,36(2007),第195-211页·Zbl 1186.15008号
[51] J.Tropp和A.Gilbert,{通过正交匹配追踪从部分信息中恢复信号},IEEE Trans。通知。《理论》,53(2007),第4655-4666页·Zbl 1288.94022号
[52] A.Walther,《光学中的相位恢复问题》,J.Modern Opt。,10(1963年),第41-49页。
[53] Y.Wang和Z.Xu,{稀疏信号的相位恢复},应用。计算。哈蒙。分析。,37(2014),第531-544页·Zbl 1297.94009号
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