×

人工时间积分。 (英语) Zbl 1113.65068号

摘要:许多最近的算法方法都涉及到为计算目的构建微分方程模型,通常是通过引入人工时间变量。实际的计算模型涉及到现在的含时微分系统的离散化,通常采用正向欧拉方法。这样一种算法产生的动力学是离散动力学,如果采用少量时间步长或迭代,预计它与连续系统的动力学“足够接近”(通常更容易分析)。事实上,最近关于反问题和图像处理的论文经常报告需要数千次迭代才能收敛的结果。这让人想知道是否以及如何改进计算建模过程,以更好地反映所寻求的实际特性。
在本文中,我们详细阐述了几个问题实例,以说明上述观察结果。算法可能经常有双重解释,即用人工时间对一个简单的离散微分方程进行解释,用简单的优化算法进行解释;这种双重解释可能是有利的。我们展示了更广泛的计算建模方法如何可能导致提高效率的算法。

MSC公司:

65升05 常微分方程初值问题的数值解法
34A34飞机 非线性常微分方程和系统
34A26型 常微分方程中的几何方法
65K10码 数值优化和变分技术
2010年第49季度 优化最小曲面以外的形状
65立方米 含偏微分方程初值和初边值问题反问题的数值方法
65D18天 计算机图形、图像分析和计算几何的数值方面
65N21型 含偏微分方程边值问题反问题的数值方法

软件:

主页90
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Y.I.Alber,牛顿型连续过程,Differ。方程式,7(1971),第1461–1471页。
[2] U.Ascher,《不应解决的DAE》,载于IMA Proceedings Dynamics of Algorithms,第118卷,第55-68页,Springer,纽约,1999年·Zbl 0982.34004号
[3] U.Ascher和E.Haber,具有可能不连续性的大型分布参数估计问题的计算方法,收录于Proc。交响乐团。《反问题,设计与优化》,M.Colaco、H.Orlande和G.Dulikravich编辑,第201–208页,里约热内卢,2004年。
[4] U.Ascher、E.Haber和H.Huang,关于隐式分段光滑表面恢复的有效方法,SIAM J.Scient.Compute。,28(2006),第339-358页·Zbl 1104.65320号 ·doi:10.1137/040617261
[5] U.Ascher、R.Mattheij和R.Russell,常微分方程边值问题的数值解,SIAM,费城,1995年·Zbl 0843.65054号
[6] U.Ascher和L.Petzold,《常微分方程和微分代数方程的计算机方法》,SIAM,费城,宾夕法尼亚州,1998年·Zbl 0908.65055号
[7] C.Bajaj和G.Xu,通过几何扩散实现自适应曲面光顺,载于Symp。计算机辅助几何设计,第731-737页,IEEE计算机学会,华盛顿特区,2001年。
[8] C.Bajaj和G.Xu,表面上的各向异性扩散和表面上的函数,ACM Trans。图表。,22(1)(2003),第4-32页·Zbl 05457215号 ·doi:10.1145/588272.588276
[9] D.Barash,双边滤波、自适应平滑和非线性扩散方程之间的基本关系,IEEE Trans。PAMI,24(2002),第844-847页。
[10] A.Bhaya和E.Kaszkurewicz,作为具有反馈控制的动态系统的迭代方法,第42届IEEE决策与控制会议,第2347–2380页,IEEE,夏威夷,2003年。
[11] A.Bhaya和E.Kaszkurewicz,《数值算法和矩阵问题的控制观点》,SIAM,费城,2006年·Zbl 1128.93001号
[12] P.Boggs和J.E.Dennis,扰动非线性分析方法的稳定性分析,数学。计算。,30(1976年),第199-215页·Zbl 0337.65032号 ·doi:10.1090/S0025-5718-1976-0395209-4
[13] L.Borcea、J.G.Berryman和G.C.Papanicolaou,高对比度阻抗断层扫描,逆问题。,12(1996年),第835-858页·Zbl 0862.35137号 ·doi:10.1088/0266-5611/12/6/003
[14] L.Borcea,G.Gray,Y.Zhang,电阻抗断层成像的变约束数值解,逆问题。,19(2003),第1159–1184页·兹比尔1054.35122 ·doi:10.1088/0266-5611/19/5/309
[15] A.Brandt,《多重网格技术:1984流体动力学应用指南》,魏茨曼科学研究所,以色列雷霍沃特,1984年·Zbl 0581.76033号
[16] M.Burger,Levenberg–逆障碍问题的Marquardt水平集方法,逆问题。,20(2004),第259-282页·Zbl 1059.35162号 ·doi:10.1088/0266-5611/20/1/016
[17] M.Burger和S.J.Osher,《反问题和优化设计的水平集方法综述》,《欧洲应用杂志》。数学。,16(2005),第263–301页·Zbl 1091.49001号 ·doi:10.1017/S0956792505006182
[18] D.Calvetti、B.Lewis和L.Reichel,《平滑或突然:正则化方法的比较》,载于《高级信号处理算法、架构和实现》第八卷,F.T.Luk,ed.,《光电仪器工程师学会学报》,第3461卷,第286-295页,国际光学工程学会,华盛顿州贝灵汉,1998年。
[19] D.Calvetti和L.Reichel,离散病态问题的基于Lanczos的指数滤波,Numer。《算法》,29(2002),第45-65页·Zbl 0997.65068号 ·doi:10.1023/A:1014899604567
[20] D.Calvetti、L.Reichel和Q.Zhang,大型离散不适定问题的迭代指数滤波,数值。数学。,83(1999),第535-556页·Zbl 0947.65039号
[21] M.P.Calvo、A.Iserles和A.Zanna,等谱流的数值解,数学。计算。,66(1997),第1461-1486页·Zbl 0907.65067号 ·doi:10.1090/S0025-5718-97-00902-2
[22] T.Chan和J.Shen,《图像处理和分析:变分、PDE、小波和随机方法》,SIAM,费城,2005年·Zbl 1095.68127号
[23] Chan和X.Tai,不连续系数椭圆反问题的水平集和全变分正则化,J.Compute。物理。,193(2003),第40-66页·Zbl 1036.65086号 ·doi:10.1016/j.jcp.2003.08.003
[24] M.Cheney、D.Isaacson和J.C.Newell,电阻抗断层成像,SIAM Rev.,41(1999),第85-101页·Zbl 0927.35130号 ·doi:10.1137/S0036144598333613
[25] M.T.Chu,《关于迭代过程的连续实现》,SIAM Rev.,30(1988),第375-387页·Zbl 0657.65075号 ·数字对象标识代码:10.1137/1030090
[26] E.Chung、T.Chan和X.Tai,使用水平集表示和全变分正则化的电阻抗断层扫描,J.Comput。物理。,205(2005),第357–372页·Zbl 1072.65143号 ·doi:10.1016/j.jp.2004.11.022
[27] U.Clarenz、U.Diewald和M.Rumpf,表面处理中的各向异性几何扩散,《IEEE可视化学报》,第397–405页,IEEE计算机学会和ACM,犹他州,2000年。
[28] U.Clarenz、U.Diewald和M.Rumpf,通过各向异性几何扩散处理纹理表面,IEEE Trans。关于图像处理。,13(2)(2004),第248-261页·Zbl 05452838号 ·doi:10.1109/TIP.2003.819863
[29] M.Desbrun、M.Meyer、P.Schröder和A.H.Barr,《各向异性特征——高度场和双变量数据的保留去噪》,《图形界面》,第145-152页,加拿大人机通信协会,魁北克省蒙特利尔,2000年。
[30] M.Desbrun、M.Meyer、P.Schroeder和A.Barr,使用扩散和曲率流对任意网格进行隐式光顺,ACM SIGGRAPH,洛杉矶,1999年。
[31] A.J.Devaney,衍射层析成像中的有限视野问题,逆问题。,5(1989年),第510-523页·Zbl 0689.65083号 ·doi:10.1088/0266-5611/5/4/006
[32] M.P.Do-Carmo,黎曼几何,Birkhäuser,Boston-Basel-Berlin,1992年。
[33] O.Dorn、E.L.Miller和C.M.Rappaport,使用伴随场和水平集的电磁层析成像形状重建方法,逆问题。,16(2000),第1119–1156页·Zbl 0983.35150号 ·doi:10.1088/0266-5611/16/5/303
[34] R.Ewing(编辑),《油藏模拟数学》,SIAM,费城,1983年·Zbl 0533.00031号
[35] H.W.Engl、M.Hanke和A.Neubauer,《反问题的正则化》,Kluwer,Dordrecht,1996年·Zbl 0859.65054号
[36] S.Fleishman、I.Drori和D.Cohen-Or,双边网格去噪,ACM Trans。图表。,22(3)(2003),第950-953页·Zbl 05457328号 ·doi:10.1145/882262.882368
[37] V.Fridman,非线性算子方程的最小误差迭代过程,Dokl。阿卡德。恶心。SSSR,139(1961),第1063–1066页·Zbl 0109.08801号
[38] F.Fruhauf、O.Scherzer和A.Leitao,解决涉及无界算子的不适定问题的正则化方法分析以及与约束优化的关系,SIAM J.Numer。分析。,43(2005),第767–786页·Zbl 1092.65046号 ·doi:10.1137/S0036142903430906
[39] M.K.Gavurin,非线性方程和迭代方法的连续类似物,Izv。维什。乌切布。扎韦德。,Mat.,5(1958),第18-31页(俄语)。
[40] S.Gomez、A.Perez和R.Alvarez,含水层参数识别的多尺度优化,计算。方法水资源十二,第2卷,第353–360页,计算力学,南安普顿,1998年。
[41] E.Haber,形状设计问题中优化特征值的多级水平集方法,J.Compute。物理。,198(2004),第518-534页·Zbl 1051.65073号 ·doi:10.1016/j.jcp.2004.01.031
[42] E.Haber、U.Ascher、D.Aruliah和D.Oldenburg,利用电势快速模拟三维电磁,J.Comput。物理。,163(2000),第150–171页·Zbl 1145.78323号 ·doi:10.1006/jcph.2000.6545
[43] E.Haber、U.Ascher和D.Oldenburg,《使用不精确全向方法反演频域和时域中的三维电磁数据》,《地球物理学》,69(2004),第1216–1228页·doi:10.1190/1.1801938年
[44] E.Hairer、C.Lubich和G.Wanner,《几何-数值积分》,Springer出版社,2002年·Zbl 0994.65135号
[45] F.Hettlich和W.Rundell,重建逆势问题的迭代方法,逆问题。,12(1996),第251-266页·Zbl 0858.35134号 ·doi:10.1088/0266-5611/12/3/006
[46] K.Hildebrandt和K.Polthier,非线性表面特征的各向异性滤波,《欧洲制图》,23(3)(2004),第391-400页。
[47] M.W.Hirsch和S.Smale,关于求解f(x)=0的算法,Commun。纯应用程序。数学。,32(1979年),第281-312页·Zbl 0408.65032号 ·doi:10.1002/cpa.3160320302
[48] 黄浩、阿舍尔,基于纹理的表面网格快速去噪,印前,2006·Zbl 1142.65015号
[49] T.Jones、F.Durand和M.Desbrun,非迭代、保留特征的网格平滑,ACM Trans。图表。,22(3)(2003),第943–949页·Zbl 05457374号 ·doi:10.1145/882262.882367
[50] N.Karmarkar,线性规划的新多项式时间算法,组合数学,4(1984),第373–395页·Zbl 0557.90065号 ·doi:10.1007/BF02579150文件
[51] B.Leimkuhler和S.Reich,《模拟哈密顿动力学》,剑桥大学出版社,剑桥,2004年·Zbl 1069.65139号
[52] B.Leimkuhler和R.Skeel,约束哈密顿系统中的辛积分器,J.Compute。物理。,112(1994),第117-125页·Zbl 0817.65057号 ·doi:10.1006/jcph.1994.1085
[53] A.Leitao和O.Scherzer,关于约束正则化、水平集和形状优化之间的关系,反问题。,19(2003年),第L1–L11页。
[54] A.Marquina和S.Osher,基于水平集运动的新时间相关模型的显式算法,用于非线性去模糊和噪声消除,SIAM J.Scient.Comput。,22(2000),第387-405页·Zbl 0969.65081号 ·doi:10.1137/S1064827599351751
[55] S.Maruster,类梯度方法的稳定性,应用。数学。计算。,117(2001),第103–115页·Zbl 1026.65037号 ·doi:10.1016/S0096-3003(99)00143-5
[56] S.Mehrotra,关于原对偶内点方法的实现,SIAM J.Optim。,2(1992年),第575-601页·Zbl 0773.90047号 ·doi:10.1137/0802028年
[57] J.Nagy和K.Palmer,最速下降,不适定问题的cg和迭代正则化,BIT,43(2003),第1003-1017页·Zbl 1045.65034号 ·doi:10.1023/B:BITN.000014546.51341.53
[58] G.A.Newman和D.L.Alumbaugh,使用非线性共轭梯度的三维大地电磁反演,地球物理。《国际期刊》,140(2000),第410-418页·doi:10.1046/j.1365-246x.2000.00007.x
[59] J.Nocedal和S.Wright,数值优化,Springer,纽约,1999年·Zbl 0930.65067号
[60] J.M.Ortega和W.C.Rheinboldt,多变量非线性方程的迭代解,学术出版社,纽约,1970年·Zbl 0241.65046号
[61] S.Osher、M.Burger、D.Goldfarb、J.Xu和W.Yin,基于总变差的图像恢复的迭代正则化方法,SIAM J.多尺度模型。模拟。,4(2005),第460-489页·1090.94003赞比亚比索 ·doi:10.1137/040605412
[62] S.Osher和R.Fedkiw,水平集方法和动态隐式曲面,Springer,纽约,2003年·Zbl 1026.76001号
[63] R.L.Parker,《地球物理反演理论》,普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿,1994年·Zbl 0812.35159号
[64] P.Perona和J.Malik,使用各向异性扩散的尺度空间和边缘检测,IEEE Trans。模式分析。机器智能。,12(7)(1990年),第629–639页·Zbl 05111848号 ·doi:10.1109/34.56205
[65] L.Rudin、S.Osher和E.Fatemi,基于非线性总变差的噪声去除算法,物理。D、 60(1992年),第259-268页·Zbl 0780.49028号 ·doi:10.1016/0167-2789(92)90242-F
[66] F.Santosa,涉及障碍物的反问题的水平集方法,ESAIM Control Optim。Calc.Var.,1(1996),第17-33页·Zbl 0870.49016号 ·doi:10.1051/cocv:1996101
[67] G.Sapiro,《几何偏微分方程和图像分析》,剑桥大学出版社,剑桥,2001年·Zbl 0968.35001号
[68] O.Scherzer,降噪和反问题的尺度空间方法和正则化,高级图像和电子物理,128(2003),第445-530页·doi:10.1016/S1076-5670(03)80067-8
[69] J.A.Sethian,《水平集方法和快速推进方法:几何、流体力学、计算机视觉和材料科学中的进化接口》,剑桥大学出版社,剑桥,1996年·Zbl 0859.76004号
[70] R.Sincovec和N.Madsen,非线性偏微分方程软件,ACM Trans。数学。软质。,1(1975年),第232-260页·Zbl 0311.65057号 ·数字对象标识代码:10.1145/355644.355649
[71] S.Smale,《价格调整和全球牛顿方法的收敛过程》,J.Math。经济。,3(1976年),第107–120页·Zbl 0354.90018号 ·doi:10.1016/0304-4068(76)90019-7
[72] N.C.Smith和K.Vozoff,偶极-偶极数据的二维直流电阻率反演,IEEE Trans。关于地球科学和遥感,GE 22(1984),第21–28页。
[73] E.Tadmor、S.Nezzar和L.Vese,使用层次(bv,l2)分解的多尺度图像表示,SIAM J.多尺度模型。模拟。,2(2004年),第554-579页·Zbl 1146.68472号
[74] T.Tasdizen、R.Whitaker、P.Burchard和S.Osher,通过法线的各向异性扩散进行几何表面平滑,《IEEE可视化学报》,第125–132页,IEEE计算机学会,华盛顿特区,2002年。
[75] A.N.Tikhonov和V.Y.Arsenin,《解决不良问题的方法》,John Wiley and Sons,Inc.,安大略省米西索加,1977年·Zbl 0354.65028号
[76] C.Tomasi和R.Manduchi,灰色和彩色图像的双边滤波,收录于IEEE国际计算机视觉会议,第839-846页,IEEE计算机学会,印度孟买,1998年。
[77] U.Trottenberg、C.Oosterlee和A.Schuler,多重网格,学术出版社,佛罗里达州奥兰多,2001年。
[78] K.van den Doel和U.Ascher,关于高度不适定分布参数估计问题的水平集正则化,J.Compute。物理。,216(2006),第707–723页·Zbl 1097.65112号 ·doi:10.1016/j.jcp.2006.01.022
[79] C.Vogel,反问题的计算方法,SIAM,费城,2002年·兹比尔1008.65103
[80] L.T.Watson、M.Sosonkina、R.C.Melville、A.P.Morgan和H.F.Walker,Alg 777:HOMPACK90:用于全局收敛同伦算法的FORTRAN 90代码集,ACM Trans。数学。软质。,23(1997),第514-549页·Zbl 0913.65042号
[81] J.Weickert,《图像处理中的各向异性扩散》,B.G Teubner,斯图加特,1998年·Zbl 0886.68131号
[82] S.Wright,《原始-双重内点方法》,宾夕法尼亚州费城SIAM出版社,1997年·Zbl 0863.65031号
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。