×

基于张量纤维秩和(l_p)最小化的张量稳健主成分分析。 (英语) Zbl 07715434号

摘要:张量稳健主成分分析(TRPCA)是处理高维数据的重要方法,在许多领域得到了广泛应用。本文主要研究基于张量纤维秩的TRPCA问题,以去除稀疏噪声,其目的是从严重损坏的观测值中恢复低纤维库张量。通常,(l_1)范数被用作张量秩的凸近似,但它本质上是有偏的,无法获得最佳估计性能。因此,我们首先提出了一个新的非凸模型,命名为\(\text{TRPCA}_p\)其中,采用(lp)范数((0<p<1))来近似张量纤维秩和度量稀疏性。那么,\(\text的估计量的误差界{TRPCA}_p\)该误差界优于基于Tucker秩或tubal秩的相似模型。此外,我们使用乘数的交替方向方法来求解{TRPCA}_p\)并提供收敛保证。最后,在彩色图像、视频和高光谱图像上的大量实验证明了该方法的有效性。

MSC公司:

62H25个 因子分析和主成分;对应分析
65克05 数值数学规划方法
90C26型 非凸规划,全局优化
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Bao,B.-K.,Liu,G.,Xu,C.和Yan,S.,归纳鲁棒主成分分析,IEEE Trans。图像处理。,21(2012),第3794-3800页·Zbl 1381.62139号
[2] Beck,A.,《优化中的一阶方法》,SIAM,费城,2017年·Zbl 1384.65033号
[3] Cai,J.-F.,Candès,E.J.和Shen,Z.,矩阵补全的奇异值阈值算法,SIAM J.Optim。,20(2010),第1956-1982页·Zbl 1201.90155号
[4] Cai,S.、Luo,Q.、Yang,M.、Li,W.和Xiao,M.,基于非凸低秩近似的张量稳健主成分分析,应用。科学。,9 (2019), 1411.
[5] Candès,E.J.、Li,X.、Ma,Y.和Wright,J.,稳健主成分分析?,J.ACM,58(2011),第1-37页·Zbl 1327.62369号
[6] Carroll,J.D.和Chang,J.-J.,通过“Eckart-Young”分解的n向泛化分析多维尺度中的个体差异,《心理测量学》,35(1970),第283-319页·Zbl 0202.19101号
[7] Chen,Y.、Guo,Y.和Wang,Y.,Wang,D.,Peng,C.,He,G.,使用非凸低秩矩阵近似对高光谱图像进行去噪,IEEE Trans。地质科学。《遥感》,第55期(2017年),第5366-5380页。
[8] Chen,Y.、Xiao,X.和Zhou,Y.,彩色图像处理的低秩四元数近似,IEEE Trans。图像处理。,29(2019),第1426-1439页·Zbl 07585964号
[9] Dong,W.,Huang,T.,Shi,G.,Ma,Y.,and Li,X.,多帧图像和视频去噪的拉普拉斯尺度混合建模稳健张量近似,IEEE J.Sel。主题信号处理。,12(2018),第1435-1448页。
[10] Dong,W.,Shi,G.和Li,X.,用双边方差估计进行非局部图像恢复:低秩方法,IEEE Trans。图像处理。,22(2012),第700-711页·Zbl 1373.94102号
[11] Frank,L.E.和Friedman,J.H.,《一些化学计量学回归工具的统计观点》,《技术计量学》,35(1993),第109-135页·Zbl 0775.62288号
[12] Gao,Q.,Zhang,P.,Xia,W.,Xie,D.,Gao,X.和Tao,D.,增强张量RPCA及其应用,IEEE Trans。模式分析。机器。整数。,43(2020年),第2133-2140页。
[13] Goldfarb,D.和Qin,Z.,《稳健低阶张量恢复:模型和算法》,SIAM J.矩阵分析。申请。,35(2014年),第225-253页·Zbl 1296.65086号
[14] Huang,B.、Mu,C.、Goldfarb,D.和Wright,J.,稳健低秩张量完备的可证明模型,Pac。J.Optim。,11(2015),第339-364页·Zbl 1323.15019号
[15] Jiang,Q.和Ng,M.,通过凸优化实现鲁棒低阶张量补全,载于《第28届国际人工智能联合会议论文集》,Curran Associates,Red Hook,NY,2019年,第2649-2655页。
[16] Kilmer,M.E.、Braman,K.、Hao,N.和Hoover,R.C.,《作为矩阵算子的三阶张量:成像应用的理论和计算框架》,SIAM J.Matrix Anal。申请。,34(2013),第148-172页·Zbl 1269.65044号
[17] Kilmer,M.E.和Martin,C.D.,三阶张量的因子分解策略,线性代数应用。,435(2011),第641-658页·Zbl 1228.15009号
[18] Kong,X.,Yang,C.,Cao,S.,Li,C.和Peng,Z.,通过非凸张量纤维秩近似进行红外小目标检测,IEEE Trans。地质科学。《遥感》,60(2022),第1-21页。
[19] Li,T.和Ma,J.,基于T-SVD的非凸张量补全和稳健主成分分析,2020年第25届国际模式识别会议(ICPR),IEEE,新泽西州皮斯卡塔韦,2021年,第6980-6987页。
[20] Liu,G.,通过学习卷积低阶模型进行时间序列预测,IEEE Trans。通知。《理论》,68(2022),第3362-3380页·Zbl 1497.94023号
[21] Liu,G.和Zhang,W.,通过卷积核范数最小化恢复未来数据,IEEE Trans。通知。理论,69(2023),第650-665页,doi:10.1109/TIT.2022.3196707。
[22] Liu,J.、Musialski,P.、Wonka,P.和Ye,J.,估算视觉数据中缺失值的张量补全,IEEE Trans。模式分析。机器。整数。,35(2013),第208-220页。
[23] Liu,Y.,Chen,L.和Zhu,C.,通过低秩核心矩阵改进稳健张量主成分分析,IEEE J.Sel。主题信号处理。,12(2018),第1378-1389页。
[24] Lu,C.,Feng,J.,Chen,Y.,Liu,W.,Lin,Z.,and Yan,S.,采用新张量核范数的张量稳健主成分分析,IEEE Trans。模式分析。机器。整数。,42(2019年),第925-938页。
[25] Lu,C.,Tang,J.,Yan,S.和Lin,Z.,通过迭代重加权核范数实现非凸非光滑低秩最小化,IEEE Trans。图像处理。,25(2015),第829-839页·Zbl 1408.94866号
[26] Lu,Z.,(l_p)正则化无约束非线性规划的迭代重加权极小化方法,数学。程序。,147(2014),第277-307页·Zbl 1308.90170号
[27] Marjanovic,G.和Solo,V.,关于(l_q)优化和矩阵完成,IEEE Trans。信号处理。,60(2012),第5714-5724页·兹比尔1393.94353
[28] Martin,D.,Fowlkes,C.,Tal,D.和Malik,J.,人类分割自然图像数据库及其在评估分割算法和测量生态统计中的应用,载于《IEEE计算机视觉国际会议论文集》第八届,第2卷,IEEE计算机学会,加利福尼亚州洛斯阿拉米托斯,2001年,第416-423页。
[29] Oseledets,I.V.,张量-应变分解,SIAM J.Sci。计算。,33(2011年),第2295-2317页·Zbl 1232.15018号
[30] 邱,D.,白,M.,Ng,M.K.,和张,X.,带非凸正则化的非局部稳健张量恢复,反问题,37(2021),035001·Zbl 1464.65039号
[31] 邱,D.,白,M.,Ng,M.K.,和张,X.,通过变换的张量核范数和总变差正则化实现鲁棒低阶张量补全,神经计算,435(2021),第197-215页。
[32] 邱,D.,白,M.,Ng,M.K.,和张,X.,用于图像对齐的稳健低变换多秩张量方法,科学杂志。计算。,87(2021),第1-40页·Zbl 1464.65020号
[33] Rahmani,M.和Atia,G.K.,《一致性追求:快速、简单和稳健的主成分分析》,IEEE Trans。信号处理。,65(2017年),第6260-6275页·Zbl 1415.94210号
[34] Sedighin,F.、Cichocki,A.、Yokota,T.和Shi,Q.,《使用张量列的多路延迟嵌入空间中的矩阵和张量补全及其在信号重建中的应用》,IEEE信号处理。莱特。,27(2020),第810-814页。
[35] Shang,K.,Li,Y.-F和Huang,Z.-H.,用于低Tucker秩张量恢复的迭代p-收缩阈值算法,Inform。科学。,482(2019),第374-391页·Zbl 1446.68183号
[36] Sidiropoulos,N.D.、De Lathauwer,L.、Fu,X.、Huang,K.、Papalexakis,E.E.和Faloutsos,C.,《信号处理和机器学习的张量分解》,IEEE Trans。信号处理。,65(2017),第3551-3582页·Zbl 1415.94232号
[37] Song,G.,Ng,M.K.和Zhang,X.,使用变换张量奇异值分解的稳健张量补全,Numer。线性代数应用。,27(2020)e2299·Zbl 07217207号
[38] Sun,W.和Du,Q.,用于高光谱波段选择的图形正则化快速稳健主成分分析,IEEE Trans。地质科学。《遥感》,56(2018),第3185-3195页。
[39] 塔克,L.R.,《关于三模式因子分析的一些数学注释》,《心理测量学》,31(1966),第279-311页。
[40] Wang,Z.、Bovik,A.C.、Sheikh,H.R.和Simoncelli,E.P.,《图像质量评估:从错误可见性到结构相似性》,IEEE Trans。图像处理。,13(2004年),第600-612页。
[41] Wei,D.、Wang,A.、Feng,X.、Wang、B.和Wang,B.,基于三重输卵管核范数的张量补全,《算法》,11(2018),94·Zbl 1461.15030号
[42] Xiao,W.、Huang,X.、He,F.、Silva,J.、Emrani,S.和Chaudhuri,A.,《带变化点检测的在线稳健主成分分析》,IEEE Trans。Multimed,22(2019),第59-68页。
[43] Zhang,X.和Ng,M.K.,噪声低阶张量补全的校正张量核范数最小化方法,SIAM J.成像科学。,12(2019年),第1231-1273页·Zbl 07716400号
[44] Zhang,X.和Ng,M.K.,稳健张量序列分量分析,数值。线性代数应用。,(2021年),e2403·Zbl 07511584号
[45] Zhang,X.,Wang,D.,Zhou,Z.,and Ma,Y.,带校正和对齐的稳健低阶张量恢复,IEEE Trans。模式分析。机器。整数。,43(2021),第238-255页。
[46] Zhang,Z.,Ely,G.,Aeron,S.,Hao,N.和Kilmer,M.,基于张量-SVD的多线性数据补全和去噪新方法,《IEEE计算机视觉和模式识别会议论文集》,2014年,第3842-3849页。
[47] Zhao,Q.,Zhou,G.,Xie,S.,Zhang,L.,and Cichocki,A.,张量环分解,预印本,arXiv:1606.055352016。
[48] Zheng,Y.-B.,Huang,T.-Z.,Zhao,X.-L.,Jiang,T.-X.,Ma,T.-H.,and Ji,T.Y.,通过低纤维库正则化去除高光谱图像中的混合噪声,IEEE Trans。地质科学。《遥感》,58(2020),第734-749页。
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。