×

线性不适定问题自适应集合卡尔曼反演的收敛速度。 (英语) Zbl 1504.47028号

摘要:在本文中,我们讨论了集合卡尔曼反演的一种确定性形式,作为线性反演问题的正则化方法。通过将集合卡尔曼反演解释为Tikhonov正则化的低阶近似,我们能够引入一种基于Nyström方法的新采样方案,从而提高实际性能。此外,我们提出了自适应版本的集合卡尔曼反演,其中样本大小与正则化参数耦合。我们证明了,如果将差分原理用作停止准则,则该方案在标准假设下产生了一种阶数最优的正则化方法。本文最后对Radon变换反问题所讨论的方法进行了数值比较。

MSC公司:

47A52型 线性算子和不适定问题,正则化
65J20型 抽象空间中不适定问题的数值解;正规化
65二氧化碳 蒙特卡罗方法
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Albani,V.,Elbau,P.,de Hoop,M.V.,Scherzer,O.:Hilbert空间中线性逆问题的最佳收敛速度结果。数字。功能。分析。最佳方案。37(5), 521-540 (2016). ISSN:0163-0563。doi:10.1080/01630563.2016.1144070·Zbl 1352.65146号
[2] Andreev,R.,Elbau,P.,de Hoop,M.V.,Qiu,L.,Scherzer,O.:Hilbert空间中线性逆问题的广义收敛速度结果。数字。功能。分析。最佳方案。36(5), 549-566 (2015). ISSN:0163-0563。doi:10.1080/01630563.2015.1021422·兹比尔1378.65118
[3] Bakushinskii,AB,迭代正则化Gaufi-Newton方法的收敛性问题,计算。数学。数学。物理。,32, 9, 1353-1359 (1992) ·Zbl 0783.65052号
[4] Bauer,F.,Hohage,T.,Munk,A.:随机噪声非线性逆问题的迭代正则高斯-奈顿方法。SIAM J.数字。分析。47(3), 1827-1846 (2009). 国际标准编号:0036-1429。doi:10.1137/080721789·Zbl 1197.65060号
[5] 主教,CH;埃瑟顿,BJ;Majumdar,SJ,使用集合变换卡尔曼滤波器的自适应采样。第一部分:理论方面,周一。《天气评论》,129,17(2001)·doi:10.1175/1520-0493(2001)129<0420:ASWTET>2.0.CO;2
[6] Bissantz,N.,Hohage,T.,Munk,A.,Ruymgaart,F.:统计反问题和应用的一般正则化方法的收敛速度。SIAM J.数字。分析。45(6), 2610-2636 (2007). 国际标准编号:0036-1429。数字对象标识代码:10.1137/060651884·Zbl 1234.62062号
[7] Bogachev,V.,《高斯测度》。第62卷。数学调查和专著(1998),美国数学学会·Zbl 0913.60035号
[8] 汉堡,G。;van Leeuwen,PJ;Evensen,G.,集合卡尔曼滤波器中的分析方案,Mon。Weather Rev.,126,1719-1724(1998年)·doi:10.1175/1520-0493(1998)126<1719:ASITEK>2.0.CO;2
[9] Chada,N.K.,Stuart,A.M.,Tong,X.T.:集合卡尔曼反演中的Tikhonov正则化。SIAM J.数字。分析。58(2), 1263-1294 (2020). 国际标准编号:0036-1429。doi:10.1137/19m1242331·Zbl 1447.35337号
[10] Chada,N.,Tong,X.:非线性环境下集合卡尔曼反演的收敛加速。数学。计算。(2021). 国际标准编号:0025-5718。doi:10.1090/com/3709·Zbl 1486.49049号
[11] Davies,E.B.:线性算子及其谱。剑桥大学出版社(2007)。国际标准图书编号:9780511618864。doi:10.1017/cbo9780511618864·Zbl 1138.47001号
[12] Drineas,P.,Mahoney,M.W.:关于Nystrom方法,用于近似克矩阵以改进基于核的学习。J.马赫。学习。《决议》(JMLR)6(2005年)。编号:1532-4435·Zbl 1222.68186号
[13] 埃卡特,C。;Young,G.,《一个矩阵与另一个低阶矩阵的近似》,《心理测量学》,1,3,211-218(1936)·doi:10.1007/bf02288367
[14] Engl,H.W.,Hanke,M.,Neubauer,A.:反问题的正则化。《数学及其应用》,第375卷,第viii-321页。多德雷赫特Kluwer学术出版集团。国际标准图书编号:0-7923-4157-0(1996)·Zbl 0859.65054号
[15] Evensen,G.:使用蒙特卡罗方法预测误差统计的非线性准营养模型的序贯数据同化。《地球物理学杂志》。第99号决议(C5),10143(1994)。编号:0148-0227。doi:10.1029/94jc00572
[16] Flath,H.P.,Wilcox,L.C.,Akcdik,V.,Hill,J.,van Bloemen Waanders,B.,Ghattas,O.:基于低秩部分Hessian近似的大规模线性反问题中贝叶斯不确定性量化的快速算法。SIAM J.科学。计算。33(1), 407-432 (2011). 国际标准编号:1064-8275。数字对象标识代码:10.1137/090780717·Zbl 1229.65174号
[17] Gittens,A。;Mahoney,MW,《重温改进大规模机器学习的Nystrom方法》,J.Mach。学习。研究(JMLR),1,17,3977-4041(2016)·Zbl 1367.68223号
[18] 灰布什,SJ;Kalnay,E。;三好,T。;伊德,K。;Hunt,BR,Balance和集合卡尔曼滤波定位技术,周一。《天气评论》,139,2,511-522(2011)·doi:10.1175/2010mwr3328.1
[19] Groetsch,CW;哈默林,G。;霍夫曼,KH,《关于莫罗佐夫差异原则的评论,不当提出的问题及其数值处理》,97-104(1983),巴塞尔:比克豪斯,巴塞尔·Zbl 0513.65031号 ·doi:10.1007/978-3-0348-5460-37
[20] Groetsch,CW,第一类Fredholm方程的Tikhonov正则化理论(1984),波士顿:Pitman,波士顿·Zbl 0545.65034号
[21] Halko,N.,Martinsson,P.G.,Tropp,J.A.:寻找具有随机性的结构:构造近似矩阵分解的概率算法。SIAM Rev.53(2),217-288(2011)。ISSN:0036-1445。数字对象标识代码:10.1137/090771806·Zbl 1269.65043号
[22] Hanke,M.,Neubauer,A.,Scherzer,O.:非线性不适定问题Landweber迭代的收敛性分析。数字。数学。72(1), 21-37 (1995). 编号:0029-599X。doi:10.1007/s002110050158·Zbl 0840.65049号
[23] 哈里斯,CR,《使用NumPy进行数组编程》,《自然》,585,7825,357-362(2020)·doi:10.1038/s41586-020-2649-2
[24] Hohage,T.:指数不适定问题的正则化。数字。功能。分析。最佳方案。21(3-4), 439-464 (2000). ISSN:0163-0563。doi:10.1080/01630560008816965·Zbl 0969.65041号
[25] Houtekamer,P.L.,Mitchell,H.L.:用于大气数据同化的序列集合卡尔曼滤波器。周一。《天气评论》129(1),123-137(2001)。doi:10.1175/1520-0493(2001)129<0123:asekff>2.0.co;2
[26] 波兰Houtekamer;Zhang,F.,《大气数据同化的集合卡尔曼滤波器综述》,Mon。天气评论,144,12,4489-4532(2016)·doi:10.1175/mwr-d-150440.1
[27] 马萨诸塞州Iglesias,《水库模型中集合数据同化的迭代正则化》,计算。地质科学。,19, 1, 177-212 (2014) ·Zbl 1330.86015号 ·doi:10.1007/s10596-014-9456-5
[28] Iglesias,M.A.,Law,K.J.H.,Stuart,A.M.:反问题的集合Kalman方法。反向探测。29(4), 045001 (2013). ISSN:0266-5611。doi:10.1088/0266-5611/29/4/045001·Zbl 1311.65064号
[29] Kallenberg,O.,《现代概率基础》(2002),纽约:施普林格出版社,纽约·Zbl 0996.60001号 ·doi:10.1007/9781-4757-4015-8
[30] Kaltenbacher,B.,Neubauer,A.,Scherzer,O.:非线性病态问题的迭代正则化方法。第6卷。计算和应用数学氡系列。Walter de Gruyter,柏林(2008)。国际标准图书编号:978-3-11-020420-9。doi:10.1515/9783110208276·兹比尔1145.65037
[31] Koltchinskii,V.,Lounici,K.:样本协方差算子的集中不等式和矩界。伯努利23(1)(2017)。国际标准编号:1350-7265。doi:10.3150/15-bej730·Zbl 1366.60057号
[32] Kovachki,N.B.,Stuart,A.M.:集成卡尔曼反演:用于机器学习任务的无导数技术。反向探测。35(9), 095005 (2019). ISSN:0266-5611。doi:10.1088/1361-6420/ab1c3a·Zbl 1430.68266号
[33] Kroger,P.,欧几里得空间中有界域上Neumann本征值的上界,J.Funct。分析。,106, 2, 353-357 (1992) ·Zbl 0777.35044号 ·doi:10.1016/0022-1236(92)90052-k
[34] Kuchment,P.:氡变换和医学成像。收录:CBMS-NSF应用数学区域会议系列。费城SIAM(2013)·Zbl 1282.92001号
[35] Kwiatkowski,E.,Mandel,J.:大集合极限下平方根集合Kalman滤波器的收敛性。SIAM/ASA J.不确定性。数量。3(1), 1-17 (2015). 编号:2166-2525。数字对象标识代码:10.1137/140965363·Zbl 1329.60083号
[36] LeGland,F.,Monbet,V.,Tran,V.-D.:集合卡尔曼滤波器的大样本渐近性。研究报告RR-7014。INRIA(2009年)
[37] Mirsky,L.,《对称规范函数与酉不变范数》,Q.J.数学。,11, 1, 50-59 (1960) ·Zbl 0105.01101号 ·doi:10.1093/qmath/11.1.50
[38] Moritz,P.等人:Ray:新兴人工智能应用程序的分布式框架。摘自:第13届USENIX操作系统设计与实现会议记录。OSDI’18,第561-577页。USENIX协会,卡尔斯巴德(2018)。国际标准图书编号:9781931971478
[39] Nadeem,A。;Potthast,R。;Rhodin,A.,《关于序贯多尺度反演和数据同化》,J.Compute。申请。数学。,336, 338-352 (2018) ·Zbl 1382.65163号 ·doi:10.1016/j.cam.2017.08.013
[40] Nakamura,G。;Potthast,R.,《逆向建模》(2015),布里斯托尔:IOP出版社,布里斯托·Zbl 1346.65029号
[41] Nakatsukasa,Y.:快速稳定的随机低秩矩阵近似。预印本(2020年)
[42] Neubauer,A.:关于线性不适定问题的Tikhonov正则化的逆结果和饱和结果。SIAM J.数字。分析。34(2), 517-527 (1997). 国际标准编号:0036-1429。doi:10.1137/s0036142993253928·Zbl 0878.65038号
[43] Neubauer,A.,Scherzer,O.:非线性不适定问题Tikhonov正则解的有限维近似。数字。功能。分析。最佳方案。11(1-2), 85-99 (1990). ISSN:0163-0563。doi:10.1080/01630569008816362·Zbl 0691.65050号
[44] Nystrom,E.J.:Uber Die Praktische Auflosung von Integralglechungen mit Anwendungen auf Randwertaufgaben。数学学报。54, 185-204 (1930). 编号:0001-5962。doi:10.1007/bf02547521
[45] Ott,E。;亨特,BR;Szunyogh,我。;子民,AV;德克萨斯州科斯特利奇;科拉扎,M。;Kalnay,E。;帕蒂尔,DJ;JA约克,大气数据同化的局部集合卡尔曼滤波器,Tellus A Dyn。美托洛尔。海洋学家。,56, 5, 415-428 (2004) ·doi:10.3402/tellusa.v56i5.14462
[46] Raanes,PN;斯托达尔,AS;Evensen,G.,修订随机迭代集成平滑器,非线性过程。地球物理学。,26, 3, 325-338 (2019) ·doi:10.5194/npg-26-325-2019
[47] Rauch,高等教育;董,F。;斯特里贝尔,CT,线性动力系统的最大似然估计,AIAA J.,3,8,1445-1450(1965)·数字对象标识代码:10.2514/3.3166
[48] Reich,S.,Cotter,C.:概率预测和贝叶斯数据同化(2015)。doi:10.1017/cbo9781107706804·Zbl 1314.62005年
[49] Scherzer,O.:用于解决参数估计问题的改进Landweber迭代。申请。数学。最佳方案。38(1), 45-68 (1998). ISSN:0095-4616。doi:10.1007/s002459900081·Zbl 0915.65054号
[50] Scherzer,O.:非线性不适定算子方程解的后验误差估计。非线性分析。理论方法应用。45(4), 459-481 (2001). ISSN:0362-546X网址:10.1016/S0362-546X(99)00413-7·Zbl 0994.35122号
[51] Schillings,C.,Stuart,A.M.:反问题的集合卡尔曼滤波器分析。SIAM J.数字。分析。55(3),1264-1290(2017)。国际标准编号:0036-1429。数字对象标识码:10.1137/16m105959x·兹比尔1366.65101
[52] Schillings,C.,Stuart,A.M.:集合卡尔曼反演的收敛性分析:线性、噪声情况。申请。分析。97(1), 107-123 (2017). 国际标准编号:0003-6811。数字标识代码:10.1080/00036811.2017.1386784·Zbl 1448.65209号
[53] Schmidt,E.:线性与非线性积分理论。数学。《年鉴》63(4),433-476(1907)。编号:0025-5831。doi:10.1007/bf01449770
[54] 洛杉矶谢普;洛根,BF,头部傅里叶重建,IEEE Trans。编号。科学。,21, 3, 21-43 (1974) ·doi:10.1109/tns.1974.6499235
[55] 斯潘蒂尼,A。;Solonen,A。;崔,T。;马丁·J。;Tenorio,L。;Marzouk,Y.,贝叶斯线性逆问题的最优低阶近似,SIAM J.Sci。计算。,37、6、A2451-A2487(2015)·Zbl 1325.62060号 ·doi:10.137/140977308
[56] Tarvainen,T.:贝叶斯框架下的定量光声层析成像。收录:Ramlau,R.,Scherzer,O.(编辑)Radon变换:第一个100年及其后。计算和应用数学系列,第22卷,第239-272页。德格鲁伊特(2019)。国际标准图书编号:978-3-11-056085-5·Zbl 1527.78015号
[57] 蒂佩特,MK;JL安德森;主教,CH;哈米尔,TM;Whitaker,JS,Ensemble平方根滤波器,Mon。《天气评论》,131、7、1485-1490(2003)·doi:10.1175/1520-0493(2003)131<1485:esrf>2.0.co;2
[58] Tong,X.T.,Morzfeld,M.:集合卡尔曼反演中的局部化(2022)。ArXiv ArXiv上的预打印:2201.10821
[59] Vidal,A.F.,Pereyra,M.:调节参数的最大似然估计。2018年IEEE第25届图像处理国际会议(ICIP)(2018)。doi:10.1109/icip.2018.8451795
[60] Virtanen,P.,SciPy 1.0:Python中科学计算的基本算法,《自然方法》,17,3,261-272(2020)·doi:10.1038/s41592-019-0686-2
[61] van der Walt,S.、Schonberger,J.L.、Nunez-Iglesias,J.、Boulogne,F.、Warner,J.D.、Yager,N.、Gouillart,E.、Yu,T.、scikit-image贡献者:scikit-image:Python中的图像处理。同行J 453(2014)
[62] Weissman,S.:非线性正演模型集合卡尔曼反演的梯度流结构和收敛性分析(2022)。ArXiv ArXiv上的预打印:2203.17117
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。