×

使用屏蔽近端算子进行信号分解。 (英语) Zbl 1508.94029号

在本文中,作者考虑了将向量时间序列信号分解为具有不同特征的分量的问题,如平滑、周期、非负或稀疏。它们引入了一个简单而通用的框架,统一了许多现有的方法,其中的组件通过其损失函数进行描述。选择损失函数后,可以通过最小化组件损失之和(受约束)来进行信号分解。请注意,该框架包括许多众所周知的问题作为特定实例,它支持设计比传统简单类更新、更复杂的组件类。通过总结和澄清先前的结果,作者给出了两种计算分解的分布式优化方法,它们在组件类损失函数为凸函数时找到了最优分解,而在它们不是凸函数时是很好的启发式算法。这两种方法都只需要每个分量损失函数的屏蔽近端算子,这是处理参数中缺失项的著名近端算子的推广。这两种方法都是分布式的,即分别处理每个组件。此外,还导出了一些损失函数的屏蔽近端算子的易处理方法。该专著附有一个名为OSD的开源软件实现,简称“优化(基于)信号分解”,可在https://github.com/cvxgrp/signal分解

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94甲12 信号理论(表征、重建、滤波等)
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参考文献:

[1] A.Agrawal、R.Verschueren、S.Diamond和S.Boyd,“凸优化问题的重写系统”,《控制与决策杂志》,第5卷,第1期,2018年,第42-60页。
[2] D.Amelunxen、M.Lotz、M.B.McCoy和J.A.Tropp,“生活在边缘:随机数据凸程序中的相变”,《信息与推断》,第3卷,第3期,2014年,第224-294页。doi:10.1093/imaiai/iau005·Zbl 1339.90251号 ·doi:10.1093/imaiai/iau005
[3] O.Anderson,“关于将统计序列分解为单独组成部分的逻辑”,《皇家统计学会杂志》,第90卷,第3期,1927年,第548-569页。doi:10.2307/2341204·doi:10.2307/2341204
[4] L.Avila和J.Cangialosi,“飓风艾琳(AL092011)的热带气旋报告”,NOAA国家飓风中心,2013年,网址:https://www.nhc.noaa.gov/data/tcr/AL092011_Irene.pdf。
[5] F.Bach,“通过子模-极函数的结构化稀疏诱导规范”,摘自《神经信息处理系统进展》,J.Lafferty、C.Williams、J.Shawe-Taylor、R.Zemel和A.Culotta,Eds.,第23卷,Curran Associates,Inc.,2010年。doi:10.448550/arXiv.1008.4220·doi:10.48550/arXiv.1008.4220
[6] R.Baillie和S.-K.Chung,“基于趋势-静态长记忆模型的建模和预测及其在气候学中的应用”,《国际预测杂志》,第18卷,第2期,2002年,第215-226页。doi:10.1016/S0169-2070(01)00154-6·doi:10.1016/S0169-2070(01)00154-6
[7] R.G.Baraniuk、V.Cevher、M.F.Duarte和C.Hegde,“基于模型的压缩传感”,《IEEE信息理论汇刊》,第56卷,第4期,2010年,第1982-2001页。doi:10.1109/TIT。2010.2040894. ·Zbl 1366.94215号 ·doi:10.1109/TIT.2010.2040894
[8] A.Beck和L.Terumeshvili,“关于块坐标下降型方法的收敛性”,《SIAM优化杂志》,第23卷,第4期,2013年,第2037-2060页。doi:10.1137/120887679·Zbl 1297.90113号 ·数字对象标识代码:10.1137/120887679
[9] D.Bertsekas,《非线性规划:第三版》。新罕布什尔州纳舒亚:雅典娜科学出版社,2016年·Zbl 1360.90236号
[10] M.Best和N.Chakravarti,“等渗回归的主动集算法;统一框架”,《数学规划》,第47卷,1990年,第425-439页。doi:10.1007/BF01580873·Zbl 0715.90085号 ·doi:10.1007/BF01580873
[11] “2010年2月9日至10日北美暴雪”,维基百科,网址:https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=February_9
[12] E2级
[13] “2010年12月26日至27日暴雪”,国家气象局,网址:https://www.weather.gov/okx/storm12262010。
[14] “2015年1月26-27日暴雪”,国家气象局,网址:https://www.weather.gov/okx/Blizzard_01262715。
[15] “2021年1月31日至2月2日冬季风暴”,国家气象局,网址:https://www.weather.gov/okx/WenterStormJan31_Feb22021。
[16] P.Bloomfield,“全球温度趋势”,《气候变化》,第21卷,第1期,1992年,第1-16页。doi:10.1007/BF00143250·doi:10.1007/BF00143250
[17] P.Bloomfield和D.Nychka,“气候谱和检测气候变化”,《气候变化》,第21卷,第3期,1992年,第275-287页。doi:10.1007/BF00139727·doi:10.1007/BF00139727
[18] C.Bouman和K.Sauer,“边缘保持MAP估计的广义高斯图像模型”,IEEE图像处理汇刊,第2卷,第3期,1993年,第296-310页。doi:10.1109/83.236536·数字对象标识代码:10.1109/83.236536
[19] M.Boyd,“多个并网光伏阵列配置的高速监测”,NIST技术说明18962015。doi:10.6028/NIST。TN.1896·doi:10.6028/NIST。TN.1896号
[20] M.Boyd、T.Chen和B.Doughert,NIST校园光伏阵列和气象站数据集。国家标准与技术研究所,2017年。doi:10.18434/M3S67G。 ·doi:10.18434/M3S67G
[21] S.Boyd、N.Parikh、E.Chu、B.Peleato和J.Eckstein,“通过乘数交替方向方法进行分布式优化和统计学习”,《Ma-chine学习的基础和趋势》,第3卷,第1期,2011年,第1-122页。doi:10。1561 / 2200000016. ·Zbl 1229.90122号 ·doi:10.1561/220000016
[22] S.Boyd和L.Vandenberghe,凸优化。剑桥大学出版社,2009年。
[23] S.Boyd和L.Vandenberghe,应用线性代数导论。剑桥大学出版社,2018年·Zbl 1406.15001号
[24] E.J.Candès、X.Li、Y.Ma和J.Wright,“稳健主成分分析?”,美国计算机学会期刊,第58卷,第3期,2011年,第1-37页。doi:10.1145/1970392.1970395·Zbl 1327.62369号 ·数字对象标识代码:10.1145/1970392.1970395
[25] E.J.Candès和B.Recht,“通过凸优化完成精确矩阵”,《计算数学基础》,第9卷,第6期,2009年,第717-772页。doi:10.1007/s10208-009-9045-5·Zbl 1219.90124号 ·doi:10.1007/s10208-009-9045-5
[26] V.Chandrasekaran、B.Recht、P.A.Parrilo和A.S.Willsky,“线性反问题的凸几何”,《计算数学基础》,第12卷,第6期,2010年,第805-849页。doi:10.1007/s10208-012-9135-7·Zbl 1280.52008年 ·doi:10.1007/s10208-012-9135-7
[27] J.F.Claerbout和F.Muir,“不稳定数据的稳健建模”,《地球物理学》,第38卷,第5期,1973年,第826-844页。doi:10.1190/1。1440378. ·数字对象标识代码:10.1190/1.1440378
[28] R.克利夫兰、W.克利夫兰,J.麦克雷和I.特彭宁,“STL:基于黄土的季节趋势分解程序”,《官方统计杂志》,第6卷,第1期,1990年,第3-73页,网址:https://www。探索。com/schoolarly-journals/stl-seasonary-trend-decomposition-procedure-based/docview/1266805989/se-2。
[29] P.Combettes和J.Pesquet,“信号处理中的邻近分裂方法”,Springer Optimization及其应用,第49卷,2011年,第185-212页。doi:10.1007/978-1-4419-9569-810·Zbl 1242.90160号 ·doi:10.1007/978-1-4419-9569-810
[30] A.库莫,“库莫州长签署《2020年3月20日暂停纽约州行政命令》”,纽约州长新闻办公室,网址:https://web.archive.org/web/20200328191630/ https://www.governor.ny.gov/news/governor-cuomo-signs-new-york-state-pause-executive-order。
[31] S.Diamond和S.Boyd,“CVXPY:用于凸优化的Python嵌入式建模语言”,《机器学习研究杂志》,第17卷,第83期,2016年,第1-5页·Zbl 1360.90008号
[32] D.L.Donoho和X.Huo,“不确定性原理和理想原子分解”,《IEEE信息技术汇刊》,第47卷,第7期,2001年,第2845-2862页。doi:10.1109/18.959265·兹比尔1019.94503 ·doi:10.1109/18.959265
[33] R.Farebrother,“Adrien-Marie Legendre”,载于《世纪统计学家》,C.Heyde、E.Seneta、P.Crépel、S.Fienberg和J.Gani,Eds.,纽约:Springer,2001年,第101-104页。doi:10.1007/978-1-4613-0179-0_20·Zbl 1016.01025号 ·doi:10.1007/978-1-4613-0179-0_20
[34] M.Fischler和R.Bolles,“随机样本共识:模型拟合的范例,应用于图像分析和自动制图”,ACM通讯,第24卷,第6期,1981年,第381-395页。doi:10.1145/358669.358692·数字对象标识代码:10.1145/358669.358692
[35] E.Franklin,“太阳能光伏(PV)系统组件”,亚利桑那大学农业与生命科学学院,2018年,第1-8页,网址:https://projects.sare.org/wp-content/uploads/az1742-2017.pdf。
[36] D.Gabay和B.Mercier,“通过有限元近似求解非线性变分问题的对偶算法”,《计算机与数学应用》,第2卷,第1期,1976年,第17-40页。doi:10.1016/0898-1221(76)90003-1·Zbl 0352.65034号 ·doi:10.1016/0898-1221(76)90003-1
[37] R.Glowinski和A.Marroco,“Sur l”近似,par elements finis d’ordre un,et la resolution,par penalisation-deality,'une classe de problems de Dirichlet non-lineares”,Revue Francaise d“Automatique,Informatique,et Recherche Opérationelle,第9卷,编号R-2,1975年,第41-76页。doi:10.1051/m2安/197509R200411·Zbl 0368.65053号 ·doi:10.1051/m2/197509R200411
[38] S.Greenland和M.Longnecker,“基于汇总剂量反应数据的趋势估计方法,及其在荟萃分析中的应用”,《美国流行病学杂志》,第135卷,第11期,1992年,第1301-1309页。doi:10.1093/oxfordjournals.aje.a116237。参考文献·doi:10.1093/oxfordjournals.aje.a116237
[39] S.Grotzinger和C.Witzgall,“单变量有序投影”,《应用数学与优化》,第12卷,第1期,1984年,第247-270页。doi:10.1007/BF01449044·Zbl 0577.65049号 ·doi:10.1007/BF01449044
[40] T.Hastie、R.Tibshirani和J.Friedman,《统计学习的要素:数据挖掘、推断和预测》。施普林格科学与商业媒体,2013年。
[41] R.Hodrick和E.Prescott,“战后美国商业周期:实证调查”,《货币、信贷和银行杂志》,第29卷,第1期,1997年,第1-16页。doi:10.2307/2953682·doi:10.2307/2953682
[42] A.Hoerl和R.Kennard,“岭回归:非正交问题的有偏估计”,《技术计量学》,第12卷,第1期,1970年,第55-67页。doi:10.1080/00401706.1970.10488634·Zbl 0202.17205号 ·网址:10.1080/00401706.1970.10488634
[43] P.Huber,“位置参数的稳健估计”,《数理统计年鉴》,第35卷,第1期,1964年,第73-101页。doi:10.1214/aoms/1177703732·Zbl 0136.39805号 ·doi:10.1214/aoms/1177703732
[44] P.Huber,《稳健统计》,第523卷。新泽西州霍博肯:John Wiley&Sons,1981年。doi:10.1002/04471725250·兹比尔0536.62025 ·doi:10.1002/0471725250
[45] R.Hyndman和G.Athanasopoulos,《预测:原理和实践》。OTexts:澳大利亚墨尔本,2018年。
[46] P.Ineichen,“Solis晴朗天空模型的宽带简化版本”,《太阳能》,第82卷,第8期,2008年,第758-762页。doi:10.1016/j.solener.2008.02.009·doi:10.1016/j.solener.2008.02.009
[47] R.Inman、Y.Chu和C.Coimbra,“加利福尼亚和夏威夷全球水平辐照度的云增强”,《太阳能》,2016年第130卷,第128-138页。doi:10.1016/j.solener.2016.02.011·doi:10.1016/j.solener.2016.02.011
[48] S.-J.Kim、K.Koh、S.Boyd和D.Gorinevsky,“L1趋势过滤”,《SIAM评论》,第51卷,第2期,2009年,第339-360页。doi:10.1137/070690274·Zbl 1171.37033号 ·doi:10.1137/070690274
[49] R.Koenker和G.Bassett,“回归分位数”,《计量经济学》,第46卷,第1期,1978年,第33页。doi:10.2307/1913643·Zbl 0373.62038号 ·doi:10.2307/1913643
[50] R.Koenker和K.F.Hallock,“分位数回归”,《经济展望杂志》,第15卷,第4期,2001年,第143-156页。doi:10.1257/jep.15.4.143·doi:10.1257/jep.15.4.143
[51] C.Leser,“趋势构建的简单方法”,《皇家统计学会杂志:B辑(方法学)》,第23卷,第1期,1961年,第91-107页。doi:10.1111/j.2517-6161.1961.tb00393.x·Zbl 0099.35702号 ·doi:10.1111/j.2517-6161.1961.tb00393.x
[52] S.Levit,“理解为什么犯罪率在20世纪90年代下降:解释下降的四个因素和不解释下降的六个因素”,《经济展望杂志》,第18卷,第1期,2004年,第163-190页。doi:10。1257 / 089533004773563485. ·doi:10.1257/089533004773563485
[53] W.Link和F.Sauer,“估计方程估计趋势”,《鸟类种群》,第2卷,1994年,第23-32页,网址:https://bmeyers。github.io/assets/link-1994.pdf。
[54] S.Mallat,信号处理的小波之旅。爱思唯尔,2009年,第20-41页。doi:10.1016/B978-0-12-374370-1.X0001-8·Zbl 1170.94003号 ·doi:10.1016/B978-0-12-374370-1.X0001-8
[55] M.B.McCoy、V.Cevher、Q.T.Dinh、A.Asaei和L.Baldas-sarre,“源分离中的凸性:模型、几何和算法”,IEEE信号处理杂志,2014年第31卷第3期,第87-95页。doi:10.1109/MSP.2013.2296605·doi:10.1109/MSP.2013.2296605
[56] M.B.McCoy和J.A.Tropp,“con-vex分层的锐利恢复界限及其应用”,《计算数学基础》,第14卷,第3期,2014年,第503-567页。doi:10.1007/s10208-014-9191-2·Zbl 1312.94016号 ·doi:10.1007/s10208-014-9191-2
[57] J.-J.Moreau,“Foctions convoxes duales et points proximaux dans un espace hilbertien”,《巴黎科学院报告》,A辑,第255卷,1962年,第2897-2899页·Zbl 0118.10502号
[58] “大都会交通管理局(MTA)桥梁和隧道的小时交通量”,纽约公开数据,网址:https://data.ny.gov网站/大都会交通局的交通/小时交通Auth/qzve kjga。
[59] O.Neugebauer,《古代精确科学》,ser。《自然科学学报》。多佛出版社,1969年,网址:https://books.google.com/books?id=JVhTtVA2zr8C。
[60] A.Oppenheim和R.Schafer,离散时间信号处理,ser。Prentice-Hall信号处理系列。英国:Pear-son,2010年。
[61] D.Osborn,“移动平均减损和商业周期分析”,《牛津经济与统计公报》,第57卷,第4期,1995年,第547-558页。doi:10.1111/j.1468-0084.1995.tb00039.x·doi:10.1111/j.1468-0084.1995.tb00039.x
[62] N.Parikh和S.Boyd,“近似算法”,《优化的基础和趋势》,第1卷,第3期,2014年,第127-239页。doi:10.1561/24000003·数字对象标识代码:10.1561/24000003
[63] F.Pedregosa、G.Varoquex、A.Gramfort、V.Michel、B.Thirion、O.Grisel、M.Blondel、P.Prettenhofer、R.Weiss、V.Dubourg、J.Vanderplas、A.Passos、D.Cournapeau、M.Brucher、M.Perrot和E.Duchesnay,“Scikit学习:Python中的机器学习”,《机器学习研究杂志》,2011年第12卷,第2825-2830页,网址:https://jmlr.org/papers/v12/pedregosa11a.html。 ·Zbl 1280.68189号
[64] D.Phillips,“某些第一类积分方程的数值求解技术”,《ACM杂志》,第9卷,第1期,1962年,第84-97页。doi:10.1145/321105.321114·Zbl 0108.29902号 ·doi:10.1145/321105.321114
[65] R.Poliquin和R.Rockafellar,“变量分析中的Prox-regular函数”,《美国数学学会学报》,第348卷,第5期,1996年,第1805-1838页。doi:10.1090/S0002-9947-96-01544-9·Zbl 0861.49015号 ·doi:10.1090/S0002-9947-96-01544-9
[66] P.Richtárik和M.Takáć,“最小化复合函数的随机块坐标下降法的迭代复杂性”,《数学规划》,第144卷,第1-2期,2014年,第1-38页。doi:10.1007/s10107-012-0614-z·Zbl 1301.65051号 ·doi:10.1007/s10107-012-0614-z
[67] R.Rockafellar,凸分析。普林斯顿大学出版社,1970年·Zbl 0193.18401号
[68] R.Sah,“加州交通普查计划”,加州交通部,网址:https://dot.ca.gov/programs/traffic-operations/census。
[69] P.Sen,“基于Kendall’s Tau的回归系数估计”,《美国统计协会杂志》,第63卷,第324期,1968年,第1379-1389页。doi:10。1080 / 01621459 . 1968 . 10480934. ·兹比尔0167.47202 ·网址:10.1080/01621459.1968.10480934
[70] K.Singleton,“均衡商业周期模型分析中的计量经济学问题”,《货币经济学杂志》,第21卷,第2-3期,1988年,第361-386页。doi:10.1016/0304-3932(88)90036-0·doi:10.1016/0304-3932(88)90036-0
[71] J.-L.Starck、F.Murtagh和J.M.Fadili,稀疏图像和信号处理:小波、曲线、形态多样性。英国剑桥:剑桥大学出版社,2010年。doi:10。1017/CBO9780511730344·Zbl 1196.94008号 ·doi:10.1017/CBO9780511730344
[72] J.Perktold、S.Seabold和J.Taylor,“使用LOESS(STL)进行季节趋势分解”,Statsmodels文档,网址:https://www.Statsmodels.org/dev/examples/notebooks/generated/STL_decomposition.html。
[73] “STL:黄土对时间序列的季节分解”,R文件,网址:https://www.rdocumentation.org/packages网站/stats/versions/3.6.2/topics/stl。
[74] “时间序列分解”,MathWorks文档,url:https://www.mathworks.com/help/econ/detrending.html。
[75] P.Tans和R.Keeling,“莫纳罗亚二氧化碳每周平均值和历史比较”,美国国家海洋和大气管理局全球监测实验室,地球系统研究实验室,网址:网址:https://gml.noaa.gov/ccgg/trends/data.html。
[76] H.L.Taylor、S.C.Banks和J.F.McCoy,“l1范数反褶积”,《地球物理学》,第44卷,第1期,1979年,第39-52页。doi:10.1190/1.1440921·数字对象标识代码:10.1190/1.1440921
[77] H.Theil,“线性和多项式再压缩分析的秩不变方法”,《荷兰皇家科学院学报》,第53卷,1950年,第一部分:386-392,第二部分:521-525,第三部分:1397-1412。doi:10.1007/978-94-011-2546-8_20·doi:10.1007/978-94-011-2546-8_20
[78] A.Thompson和J.Kay,“关于图像恢复中正则化参数的一些贝叶斯选择”,《逆向问题》,第9卷,第6期,1993年,第749-761页。doi:10.1088/0266-5611/9/6/011·Zbl 0798.62011号 ·doi:10.1088/0266-5611/9/6/011
[79] R.Tibshirani,“通过套索进行回归收缩和选择”,《皇家统计学会期刊:B辑(方法学)》,第58卷,第1期,1996年,第267-288页。doi:10.1111/j.2517-6161.1996。tb02080.x·Zbl 0850.62538号 ·doi:10.1111/j.2517-6161.1996.tb02080.x
[80] A.Tikonov,“不正确公式化问题的解决和正则化方法”,苏联数学。,第4卷,1963年,第1035-1038页·Zbl 0141.11001号
[81] D.Titterington,“图像重建中正则化程序的一般结构”,《天文学和天体物理学》,第144卷,第2期,1985年,第381-387页。
[82] I.TošIć和P.Frossard,“字典学习”,IEEE信号处理杂志,第28卷,第2期,2011年,第27-38页。doi:10.10109/MSP.2010.939537·doi:10.1109/MSP.2010.939537
[83] R.Tsay,《金融时间序列分析》,ser。概率与统计学中的威利级数。美国新泽西州霍博肯:John Wiley&Sons,Inc.,2005年,第206-215页。doi:10.1002/0471746193·Zbl 1086.91054号 ·doi:10.1002/0471746193
[84] M.Udell、C.Horn、R.Zadeh和S.Boyd,“广义低秩模型”,《机器学习的基础和趋势》,第9卷,第1期,2016年,第1-118页。doi:10.1561/220000055·Zbl 1350.68221号 ·doi:10.1561/22000055
[85] J.Wright和Y.Ma,低维模型的高维数据分析:原理、计算和应用。纽约州纽约市:剑桥大学出版社,2022年·Zbl 1478.68009号
[86] S.Wright,“坐标下降算法”,《数学粗粒度》,第151卷,第1期,2015年,第3-34页。doi:10.1007/s10107-015-0892-3·Zbl 1317.49038号 ·doi:10.1007/s10107-015-0892-3
[87] W.B.Wu、M.Woodroofe和G.Mentz,“等渗回归:对变点问题的另一种看法”,Biometrika,第88卷,第3期,2001年,第793-804页。doi:10.1093/biomet/88.3.793·Zbl 0985.62076号 ·doi:10.1093/biomet/88.3.793
[88] M.Wytock和J.Kolter,“应用于能源分解的环境监测源分离”,第二十八届AAAI人工智能会议,第28卷,第1期,2013年,第486-492页。doi:10.1609/aaai.v28i1.8769·doi:10.1609/aaai.v28i1.8769
[89] A.Yurtsever,V.M.和S.Sra,“具有非凸损失函数的三算子分裂”,2021年。doi:10.48550/arXiv.2103.04568·doi:10.48550/arXiv.2103.04568
[90] K.Zhao、M.A.Wulder、T.Hu、R.Bright、Q.Wu、H.Qin、Y.Li、E.Toman、B.Mallick、X.Zhang和M.Brown,“检测卫星时间序列数据中的变化点、趋势和季节性以跟踪突变和非线性动力学:贝叶斯集合算法”,《环境遥感》,第232卷,2019年,第111-181页。doi:10.1016/j.rse.2019.04.034·doi:10.1016/j.rse.2019.04.034
[91] H.Zou和T.Hastie,“通过弹性网进行正则化和变量选择”,《皇家统计学会杂志》,B辑(统计方法),第67卷,第2期,2005年,第301-320页。doi:10.1111/j.1467-9868.2005.0050.x·Zbl 1069.62054号 ·数字对象标识代码:10.1111/j.1467-9868.2005.0050.x
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