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通过最小化近似秩完成矩阵。 (英语) Zbl 1425.65057号

摘要:低秩矩阵补全问题是图像处理和机器学习等领域中的一个研究热点,其目的是从缺失项中恢复矩阵。矩阵的秩可以用奇异值向量的(ell_0)范数来衡量。由于(ell_0)范数的非凸性和不连续性,求解低秩矩阵完备问题(显然是NP难的)面临着计算挑战。在本文中,我们提出了一个约束矩阵完成模型,其中使用一种新的非凸连续秩代理来近似矩阵的秩函数,提高恢复矩阵的低秩,并解决计算难题。所提出的秩代理不同于凸核范数和其他现有的最新非凸代理,它通过(ell_0)范数的局部(ell_2)-松弛来缓解秩函数的不连续性和非凸性,从而具有一些理想的性质。这些特性确保它通过选择适当的松弛参数精确地逼近秩函数。此外,我们还开发了一种有效的迭代算法来求解结果模型。我们还提出了自动更新松弛参数的策略,以确保算法的全局收敛性并加快算法的速度。我们建立了该算法的理论收敛结果。实验结果表明,与最先进的方法相比,该模型和相关算法在可恢复性和计算效率方面都有显著的性能改进。

MSC公司:

65层22 数值线性代数中的不适定性和正则化问题
49号45 最优控制中的逆问题
68周25 近似算法

软件:

PROPACK公司
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Attouch,H.,Bolt,J.和Svaiter,B.,《半代数和驯服问题下降方法的收敛性:近似算法,前向-后向分裂,正则高斯-赛德尔方法》,数学。项目137(1-2)(2011)91-129·Zbl 1260.49048号
[2] Bauschke,H.和Combettes,P.,Hilbert空间中的凸分析和单调算子理论(Springer Press,纽约,2010)·Zbl 1218.47001号
[3] Beck,A.和Teboulle,M.,线性反问题的快速迭代收缩阈值算法,SIAM J.Imaging Sci.2(1)(2009)183-202·Zbl 1175.94009号
[4] Blake,A.和Zisserman,A.,《视觉重建》(麻省理工学院出版社,马萨诸塞州剑桥,1987年)。
[5] Blumensath,T.和Davies,M.,压缩感知的迭代硬阈值,应用。计算。哈蒙。分析27(3)(2009)265-274·兹比尔1174.94008
[6] Blumensath,T.和Davies,M.,《标准化迭代硬阈值:保证稳定性和性能》,IEEE J.Sel。顶部。信号处理。4(2)(2010)298-309。
[7] Bolt,J.、Sabach,S.和Teboulle,M.,非凸和非光滑问题的近似交替线性化最小化,数学。项目.146(1-2)(2013)459-494·Zbl 1297.90125号
[8] Cai,J.,Candès,E.和Shen,Z.,矩阵补全的奇异值阈值算法,SIAM J.Optim.20(4)(2010)1956-1982·Zbl 1201.90155号
[9] Candès,E.和Recht,B.,通过凸优化实现精确矩阵补全,Found。计算。数学9(6)(2009)717-772·Zbl 1219.90124号
[10] Candès,E.和Tao,T.,凸松弛的力量:近最优矩阵完成,IEEE Trans。《信息论》56(5)(2010)2053-2080·Zbl 1366.15021号
[11] Eckstein,J.和Bertsekas,D.,关于最大单调算子的Douglas-Rachford分裂方法和近点算法,数学。方案55(1992)293-318·Zbl 0765.90073号
[12] Fornasier,M.、Rauhut,H.和Ward,R.,通过迭代加权最小二乘最小化恢复低秩矩阵,SIAM J.Optim.21(4)(2010)1614-1640·Zbl 1236.65044号
[13] Frank,L.和Friedman,J.,一些化学计量学回归工具的统计观点,《技术计量学》35(35)(1993)109-135·Zbl 0775.62288号
[14] Friedman,J.,《快速稀疏回归和分类》,《国际期刊预测》28(3)(2012)722-738。
[15] Gao,C.,Wang,N.,Yu,Q.和Zhang,,《一种可行的非凸松弛特征选择方法》,载于《AAAI人工智能大会》,2011年,美国加利福尼亚州旧金山,(AAAI出版社,加利福尼亚州门罗公园,2011年),第356-361页。
[16] Ge,R.,Jin,C.和Zheng,Y.,非凸低秩问题中无伪局部极小:统一几何分析,Proc。第34届国际计算机学习会议,第70卷(PMLR,2017),第1233-1242页。
[17] Geman,D.和Yang,C.,带半二次正则化的非线性图像恢复,IEEE Trans。图像处理。4(7)(1995)932-946。
[18] Goldstein,T.和Osher,S.,《l1-正则化问题的分裂Bregman方法》,SIAM J.成像科学2(2)(2009)323-343·Zbl 1177.65088号
[19] Horn,R.和Johnson,C.,《矩阵分析》(剑桥大学出版社,剑桥,1986年)。
[20] Hu,Y.,Zhang,D.,Ye,J.,Li,X.和He,X..,通过截断核范数正则化快速准确地完成矩阵,IEEE Trans。模式分析35(9)(2013)2117-2130。
[21] Jain,P.、Meka,R.和Dhillon,I.,通过奇异值投影保证秩最小化,摘自《神经信息处理系统进展》(Curran Associates Inc.,Red Hook,NY,2010),第937-945页。
[22] Jain,P.、Netrapalli,P.和Sanghavi,S.,《使用交替最小化完成低秩矩阵》,见Proc。第四十五届ACM年度研讨会。计算理论(ACM,纽约,2013),第665-674页·Zbl 1293.65073号
[23] Ji,H.,Liu,C.,Shen,Z.和Xu,Y.,使用低秩矩阵补全的鲁棒视频去噪,在Proc。IEEE Computer Society Conf.计算机视觉和模式识别(IEEE,纽约,2010),第1791-1798页。
[24] Kyrillidis,A.和Cevher,V.,《硬阈值方法的矩阵配方》,J.Math。《成像视力》48(2)(2012)235-265·兹比尔1311.90141
[25] Lai,M.和Wang,J.,欠定线性系统稀疏解的无约束极小化(0<q\leq 1),SIAM J.Optim.21(1)(2011)82-101·Zbl 1220.65051号
[26] R.Larsen,PROPACK-用于大型和稀疏svd计算的软件,http://sun。斯坦福.edu/rmunk/PROPACK/。
[27] 林振华,陈明明,马友友,精确恢复受损低秩矩阵的增广拉格朗日乘子方法,arXiv:1009.5055。
[28] 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阶极小化,IEEE Trans。图像处理。25(2)(2015)829-839·Zbl 1408.94866号
[29] Lu,Z.,Zhang,Y.和Liu,X.,秩最小化的惩罚分解方法,Optim。方法Softw.30(3)(2014)531-558·Zbl 1323.65070号
[30] Luo,Y.,Liu,T.,Tao,D.和Xu,C.,多标签图像分类的多视图矩阵补全,IEEE Trans。图像处理。24(8)(2015)2355-2368·Zbl 1408.94451号
[31] Ma,S.,Goldfarb,D.和Chen,L.,矩阵秩最小化的不动点和Bregman迭代方法,数学。项目128(1-2)(2011)321-353·兹比尔1221.65146
[32] Malek-Mohammadi,M.、Babaie-Zadeh,M.,Amini,A.和Jutten,C.,通过平滑秩函数恢复仿射约束下的低秩矩阵,IEEE Trans。信号处理。62(4)(2014)981-992·Zbl 1394.94363号
[33] Malek-Mohammadi,M.,Babaie-Zadeh,M.和Skoglund,M..,恢复低秩矩阵的迭代凹秩近似,IEEE Trans。信号处理。62(20)(2014)5213-5226·Zbl 1394.94364号
[34] Mohan,K.和Fazel,M.,矩阵秩最小化的迭代重加权算法,J.Mach。学习。第13(13)号决议(2012)3441-3473·Zbl 1436.65055号
[35] Recht,B.、Fazel,M.和Parrilo,P.,通过核范数最小化保证线性矩阵方程的最小秩解,SIAM Rev.52(3)(2010)471-501·Zbl 1198.90321号
[36] Shen,L.,Xu,Y.和Zeng,X.,基于稀疏正则化的小波修复,应用。计算。哈蒙。分析41(1)(2016)26-53·Zbl 1338.65061号
[37] Simon,H.和Zha,H.,使用Lanczos双对角化过程的低秩矩阵近似及其应用,SIAM J.Sci。计算21(6)(1997)2257-2274·Zbl 0962.65038号
[38] Sun,R.和Luo,Z.,通过非凸因子分解保证矩阵完成,IEEE Trans。Inf.Theory62(11)(2016)6535-6579·Zbl 1359.94179号
[39] Tanner,J.和Wei,K.,矩阵完成的归一化迭代硬阈值,SIAM J.Sci。计算表35(5)(2013)104-125·Zbl 1282.65043号
[40] Toh,K.和Yun,S.,核范数正则化线性最小二乘问题的加速近似梯度算法,Pac。J.Optim.6(615-640)(2010)15·Zbl 1205.90218号
[41] Trzasko,J.和Manduca,A.,通过同伦最小化进行高度欠采样磁共振图像重建,IEEE Trans。医学影像学28(1)(2010)106-121。
[42] K.Wei,J.Cai,T.Chan和S.Leung,低秩矩阵完备的黎曼优化保证,arXiv:1603.06610·Zbl 1347.65109号
[43] Zeng,X.,Shen,L.和Xu,Y.,《基于优化和PDE的成像、视觉和学习》(Imaging,Vision and Learning Based on Optimization and PDEs)中,FISTA加速的用于稀疏恢复问题的收敛定点邻近算法,编辑Lysaker,M.,Tai,X.和Bae,E.(Springer,Cham,2016),第27-45页。
[44] Zhang,C.,最小最大凹惩罚下的几乎无偏变量选择,《Ann.Stat.38(2)》(2010)894-942·Zbl 1183.62120号
[45] Zhang,T.,稀疏正则化的多级凸松弛分析,J.马赫。学习。第11(2)(2010)号决议1081-1107·Zbl 1242.68262号
[46] Zhu,Z.,Li,Q.,Tang,G.和Wakin,M.,低阶矩阵优化中的全局最优性,IEEE Trans。信号处理。66(13)(2018)3614-3628·Zbl 1414.90297号
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