×

最大体积内接椭球体:一种新的基于面枚举和凸优化的简单结构矩阵分解框架。 (英语) Zbl 1441.94019号

摘要:考虑一个结构化矩阵分解模型,其中一个因子被限制为其列位于单位单纯形中。这种简单结构矩阵分解(SSMF)模型和相关的分解技术在不同领域的研究课题中引起了很大的兴趣,例如遥感中的高光谱分解和机器学习中的主题发现等。本文提出了一种新的SSMF理论框架,其思想是研究数据点凸包中的最大体积椭球。这种最大体积内接椭球体(MVIE)的思想在以前的文献中没有尝试过,我们证明了MVIE框架保证因子准确恢复的充分条件。我们证明的MVIE的充分恢复条件比可分离的非负矩阵分解(或纯像素搜索)的充分恢复条件宽松得多;巧合的是,它也与最小体积封闭单纯形相同,后者被认为是用于不可分离问题实例的强大SSMF框架。我们还表明,通过执行面枚举,然后通过求解凸优化问题,可以实际实现MVIE。数值结果说明了MVIE框架的潜力。

MSC公司:

94A08型 信息与通信理论中的图像处理(压缩、重建等)
15A23型 矩阵的因式分解
90C25型 凸面编程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] S.Arora、R.Ge、Y.Halpern、D.Mimno、A.Moitra、D.Sontag、Y.Wu和M.Zhu,具有可证明保证的主题建模实用算法《机器学习国际会议论文集》,2013年,第280-288页。
[2] S.Arora、R.Ge、R.Kannan和A.Moitra,计算非负矩阵分解,载于2012年第44届ACM计算机理论研讨会论文集,第145-162页·Zbl 1286.15014号
[3] D.Avis、D.Bremner和R.Seidel,凸包算法有多好?,计算。地理。,7(1997),第265-301页·Zbl 0877.68119号
[4] C.B.Barber、D.P.Dobkin和H.Huhdanpaa,凸壳的快速壳算法,ACM变速器。数学。软质。,22(1996),第469-483页·Zbl 0884.65145号
[5] S.Barot和J.A.Taylor,用多边形描述的荷载集合的简明近似表示《国际电工杂志》。电力能源系统。,84(2017),第55-63页。
[6] A.Beck和M.Teboulle,线性反问题的快速迭代收缩阈值算法,SIAM J.成像科学。,2(2009年),第183-202页·Zbl 1175.94009号
[7] J.Bioucas-Dias,线性光谱解混的一种可变分裂增广拉格朗日方法,《IEEE高光谱图像和信号处理研讨会论文集:遥感的发展》,2009年。
[8] J.Bioucas-Dias、A.Plaza、N.Dobigeon、M.Parente、Q.Du、P.Gader和J.Chanussot,高光谱分解概述:基于几何、统计和稀疏回归的方法IEEE J.选择。托皮。申请。《地球观测遥感》,第5期(2012年),第354-379页。
[9] J.W.Boardman、F.A.Kruse和R.O.Green,通过AVIRIS数据的部分分解映射目标特征,《第五届喷气推进实验室航空地球科学研讨会论文集》,1995年,第23-26页。
[10] E.Boros、K.Elbassioni、V.Gurvich和K.Makino,多面体顶点的生成及单调生成的相关问题《数学研究中心》,49(2009),第15-43页·Zbl 1170.68619号
[11] S.Boyd和L.Vandenberghe,凸优化,剑桥大学出版社,剑桥,2004年·Zbl 1058.90049号
[12] D.Bremner、K.Fukuda和A.Marzetta,顶点和面枚举的原对偶方法,离散计算。地理。,20(1998),第333–357页·Zbl 0910.68217号
[13] D.D.Bremner,凸多面体顶点和面枚举的复杂性,博士论文,Citeser,1997年。
[14] 陈T.H.、Chi C.-Y、Huang Y.M.和Ma W.-K,基于凸分析的最小体积封闭单纯形高光谱分解算法,IEEE传输。信号处理。,57(2009),第4418–4432页·Zbl 1392.94129号
[15] T.-H.Chan、W.-K.Ma、A.Ambikapathi和C.Y.Chi,用于高光谱端元提取的单纯形体积最大化框架,IEEE传输。地质科学。遥感,49(2011),第4177–4193页。
[16] T.-H.Chan、W.-K.Ma、C.-Y.Chi和Y.Wang,非负信源盲分离的凸分析框架,IEEE传输。信号处理。,56(2008),第5120–5134页·Zbl 1390.94542号
[17] L.Chen、P.L.Choyke、T.-H.Chan、C.-Y.Chi、G.Wang和Y.Wang,复杂肿瘤动态增强MR成像的组织特异性分区分析,IEEE传输。医学成像,30(2011),第2044–2058页。
[18] R.Clark、G.Swayze、R.Wise、E.Livo、T.Hoefen、R.Kokaly和S.Sutley,美国地质勘探局数字光谱库splib06a:美国地质调查局,数字数据系列2007年第231期。
[19] T.H.Cormen、C.E.Leiserson、R.L.Rivest和C.Stein,算法简介第二版,麻省理工学院出版社,马萨诸塞州剑桥,2001年·Zbl 1047.68161号
[20] M.D.Craig,遥感数据的最小体积变换,IEEE传输。地质科学。遥感,32(1994),第542-552页。
[21] E.Elhamifar、G.Sapiro和R.Vidal,通过查看以下内容了解所有信息:用于查找代表性对象的稀疏建模,《IEEE计算机视觉和模式识别会议论文集》,2012年,第1600-1607页。
[22] E.Esser、M.Moller、S.Osher、G.Sapiro和J.Xin,物理空间上非负矩阵分解和降维的凸模型,IEEE传输。图像处理。,21(2012年),第3239–3252页·Zbl 1373.15021号
[23] X.Fu、K.Huang、B.Yang、W.-K.Ma和N.D.Sidiropoulos,遥感和文档聚类中基于稳健体积最小化的矩阵分解,IEEE传输。信号处理。,64(2016),第6254–6268页·Zbl 1414.94205号
[24] X.Fu和W.K.Ma,基于自学习混合形式优化的结构矩阵分解鲁棒性分析,IEEE信号处理。莱特。,23(2016年),第60-64页。
[25] X.Fu、W.-K.Ma、T.-H.Chan和J.M.Bioucas-Dias,用于高光谱分解的自字典稀疏回归:贪婪追求和纯像素搜索相关IEEE J.选择。顶部。信号处理。,9(2015),第1128-1141页。
[26] X.Fu、W.-K.Ma、K.Huang和N.D.Sidiropoulos,准静态源的盲分离:利用协方差域中的凸几何,IEEE传输。信号处理。,63(2015),第2306–2320页·Zbl 1394.94194号
[27] W.E.Full、R.Ehrlich和J.E.Klovan,扩展QMODEL——混合物分析中外部端元的客观定义,数学。地质。,13(1981年),第331-344页。
[28] R.Ge和J.Zou,相交面:具有新保证的非负矩阵分解《机器学习国际会议论文集》,2015年,第2295–2303页。
[29] N.Gillis,非负矩阵分解的线性规划模型hottopixx的鲁棒性分析,SIAM J.矩阵分析。申请。,34(2013),第1189–1212页·Zbl 1286.15016号
[30] N.吉利斯,非负矩阵因式分解的原因和方法,摘自《正则化、优化、内核和支持向量机》,查普曼和霍尔/CRC,佛罗里达州博卡拉顿,2014年,第257-291页·Zbl 1305.68030号
[31] N.Gillis和S.A.Vavasis,可分离非负矩阵分解的快速稳健递归算法,IEEE传输。模式分析。机器。智力。,36(2014年),第698–714页。
[32] N.Gillis和S.A.Vavasis,基于半定规划的更稳健的近可分非负矩阵分解预处理、SIAM J.Optim.、。,25(2015),第677-698页·Zbl 1316.15015号
[33] M.Grant、S.Boyd和Y.Ye,CVX:Matlab软件用于约束凸规划,CVX Research,Inc.,加利福尼亚州斯坦福市,2008年。
[34] P.Gritzmann和V.Klee,计算凸性中一些基本问题的复杂性:I.包含问题,离散数学。,136(1994年),第129-174页·兹伯利0824.68052
[35] M.Groítschel、L.Lovaísz和A.Schrijver,几何算法与组合优化《施普林格科学与商业媒体》第2卷,纽约,2012年。
[36] P.M.Gruber和F.E.Schuster,约翰椭球定理的一个算术证明,建筑。数学。,85(2005),第82-88页·Zbl 1086.52002号
[37] K.Huang、X.Fu和N.D.Sidiropoulos,无锚关联主题建模:可识别性与算法,《神经信息处理系统进展学报》,2016年,第1786–1794页。
[38] V.Klee和G.J.Minty,单纯形算法有多好?,技术报告,DTIC文件,1970年·Zbl 0297.90047号
[39] J.Li和J.Bioucas-Dias,最小体积单纯形分析:一种高光谱数据分解的快速算法,IEEE国际地球科学和遥感研讨会论文集,2008年。
[40] 林振华、池振华、王永华和陈振华,基于超平面的最小体积封闭单纯形盲高光谱分解快速算法,IEEE传输。信号处理。,64(2016),第1946-1961页·兹比尔1414.94345
[41] C.-H.Lin、W.-K.Ma、W.-C.Li、C.-Y.Chi和A.Ambikapathi,高光谱盲解混的单纯形体积最小化准则的可识别性:非纯像素情况,IEEE传输。地质科学。遥感,53(2015),第5530–5546页。
[42] M.B.Lopes、J.C.Wolff、J.Bioucas-Dias和M.Figueiredo,基于最小体积标准的NIR高光谱解混,用于快速准确地对假冒片剂进行化学表征,分析。化学。,82(2010年),第1462-1469页。
[43] W.-K.Ma、J.M.Bioucas-Dias、T.-H.Chan、N.Gillis、P.Gader、A.J.Plaza、A.Ambikapathi和C.Y.Chi,高光谱解混的信号处理前景IEEE信号处理。Mag.,31(2014),第67-81页。
[44] 马伟凯、陈振华、池春云和王永华,非负盲源分离的凸分析及其在成像中的应用《信号处理与通信中的凸优化》,D.P.Palomar和Y.C.Eldar主编,剑桥大学出版社,2010年·Zbl 1209.94022号
[45] 苗立群、齐海平,使用最小体积约束非负矩阵分解从高度混合数据中提取端元,IEEE传输。地质科学。遥感,45(2007),第765-777页。
[46] J.M.Nascimento和J.M.Dias,顶点分量分析:高光谱数据解混的快速算法,IEEE传输。地质科学。遥感,43(2005),第898–910页。
[47] A.封隔器,V-和H-多面体的最大包含单形和最小包含单形的NP-harrdence,离散计算。地理。,28(2002),第349-377页·Zbl 1018.52010号
[48] B.Recht、C.Re、J.Tropp和V.Bittorf,用线性规划分解非负矩阵,《神经信息处理系统进展学报》,2012年,第1214–1222页。
[49] P.Sun和R.M.Freund,最小体积覆盖椭球的计算,操作。研究,52(2004),第690-706页·Zbl 1165.90571号
[50] N.Wang、E.P.Hoffman、L.Chen、L.陈、Z.Zhang、C.Liu、G.Yu、D.M.Herrington、R.Clarke和Y.Wang,转录异质性的数学模型识别复杂组织中的新标记和亚群,科学。代表,6(2016),第18909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。