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坐标差矩阵。 (英语) Zbl 1432.68484号

小结:在相位恢复、分子生物学、源定位和传感器阵列校准等许多问题中,可以测量点对之间的矢量差,并尝试恢复这些点的位置;这类问题称为向量几何问题(VGP)。一个密切相关的领域研究距离几何问题(DGP),其中只有点对之间的欧几里德距离可用。这在文献中已经得到了广泛的研究,并且通常与欧几里得距离矩阵(EDM)有关。尽管与DGP类似,但VGP在文献中很少受到关注;我们的目标是填补这一空白,并引入一个解决VGP的框架。受EDM相关方法的启发,我们将差异安排在我们称之为坐标差矩阵(CDM)中,并引入一种从CDM条目重建一组点的方法。我们首先提出了一种一维重建方案,然后将其推广到更高维。我们证明了我们的算法在最小二乘意义下是最优的,即使我们只能获得部分测量值。此外,我们为成功重建所需的测量数量和结构提供了必要和充分的条件,并与EDM进行了比较。特别是,我们表明,与EDM相比,从算法和理论角度来看,CDM是更简单的对象。因此,只要存在矢量差异,就应该优先采用CDM而不是EDM。在存在噪声的情况下,我们对重建误差进行了统计分析。最后,我们将已有的知识应用于五个实际问题,以证明该理论的通用性,并展示CDM框架涵盖的广泛应用。

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68单位05 计算机图形;计算几何(数字和算法方面)
15A30型 矩阵代数系统
15个B48 正矩阵及其推广;矩阵的锥
51K05美元 距离几何的一般理论
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参考文献:

[1] B.Alipanahi Ramandi,蛋白质核磁共振自动化新方法,博士论文,加拿大滑铁卢滑铁卢大学,2011年。
[2] K.S.Arun、T.S.Huang和S.D.Blostein,两(3)-D点集的最小二乘拟合,IEEE Trans。模式分析。机器智能。,9(1987),第698-700页。
[3] J.Azcarreta Ortiz,《Pyramic array:An FPGA Based Platform for Multi-channel Audio Acquisition》,硕士论文,瑞士洛桑EPFL和西班牙巴塞罗那加泰罗尼亚理工大学,2016年。
[4] G.Baechler、M.Krekovicí、J.Ranieri、A.Chebira、Y.M.Lu和M.Vetterli,稀疏信号的超分辨率相位恢复,IEEE Trans。信号处理。,67(2019年),第4839-4854页·Zbl 07123401号
[5] S.J.Billinge、P.M.Duxbury、D.S.Gonçalves、C.Lavor和A.Mucherino,分配和未分配距离几何的最新结果及其在蛋白质分子和纳米结构中的应用,Ann.Oper。研究,271(2018),第161-203页·Zbl 1429.51011号
[6] S.T.Birchfield和A.Subramanya,基于基点经典多维标度的麦克风阵列位置校准,IEEE Trans。语音音频处理。,13(2005年),第1025-1034页。
[7] P.Biswas,《距离几何问题的半定规划方法》,博士论文,斯坦福大学,加利福尼亚州斯坦福,2007年。
[8] R.Biswas和S.Thrun,《传感器网络定位的被动方法》,载于IEEE/RSJ国际会议智能机器人和系统(IROS),IEEE,华盛顿特区,2004年,第1544-1549页。
[9] O.Bottema和B.Roth,《理论运动学》,修正再版,1979年版,多佛,纽约,1990年·兹比尔0405.70001
[10] W.Braun,C.Boísch,L.R.Brown,N.Gō,and K.Wůthrich,联合使用质子-质子过热增强和距离几何算法测定多肽构象。《胶束结合胰高血糖素的应用》,《Biochimica et Biophysica Acta(BBA)Protein Structure》,667(1981),第377-396页。
[11] W.Braun和N.Gō,利用质子-质子距离约束计算蛋白质构象:一种新的有效算法,J.Molecular Biol。,186(1985),第611-626页。
[12] J.Bruck、J.Gao和A.A.Jiang,通过局部角度信息在传感器网络中定位和路由,ACM Trans。传感器网络,5(2009),7。
[13] F.Buekenhout和M.Parker,维中正则凸多面体的网数,离散数学。,186(1998),第69-94页·Zbl 0956.52014号
[14] T.Callaghan、P.J.Mucha和M.A.Porter,美国国家大学生体育协会(NCAA)I-A足球分区的随机步行者排名,Amer。数学。《月刊》,114(2007),第761-777页·兹比尔1143.60036
[15] T.P.Chartier、E.Kreutzer、A.N.Langville和K.E.Pedings,排名向量的敏感性和稳定性,SIAM J.Sci。计算。,33(2011),第1077-1102页,https://doi.org/10.1137/090772745。 ·Zbl 1237.65011号
[16] M.Cieliebak、S.Eidenbenz和P.Penna,《部分摘要很难解决错误输入数据》,Theoret。计算。科学。,349(2005),第361-381页·Zbl 1086.68053号
[17] W.N.Colley,《Colley’s Bias Free College Football Ranking Method:The Colley Matrix Explained》,普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿,2002年。
[18] M.Crocco、A.D.Bue和V.Murino,多传感器位置自校准的双线性方法,IEEE Trans。信号处理。,60(2012年),第660-673页·兹比尔1393.94549
[19] T.Dakic,《收费公路问题》,加拿大不列颠哥伦比亚省伯纳比西蒙·弗雷泽大学博士论文,2000年。
[20] J.Dattoro,凸优化和欧几里德距离几何,Meboo,Palo Alto,CA,2005年·Zbl 1142.15014号
[21] J.De Leeuw,凸分析在多维标度中的应用,加州大学洛杉矶分校统计系,2005年。
[22] I.Dokmanicí,L.Daudet和M.Vetterli,《从声学室重建到SLAM》,摘自IEEE声学、语音和信号处理国际会议(ICASSP)会议记录,IEEE,华盛顿特区,2016年,第6345-6349页。
[23] I.Dokmanic®、R.Parhizkar、J.Ranieri和M.Vetterli,欧几里德距离矩阵:基本理论、算法和应用,IEEE信号处理。Mag.,32(2015),第12-30页。
[24] I.Dokmanicí、R.Parhizkar、A.Walther、Y.M.Lu和M.Vetterli,《声学回波揭示房间形状》,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,110(2013),第12186-12191页。
[25] T.Du、S.Qu、Q.Guo和L.Zhu,一种简单有效的无线传感器网络无锚节点定位算法,国际。J.分布式传感器网络,13(2017),https://doi.org/10.1177/1550147717705784。
[26] P.Duxbury、L.Granlund、S.Gujarathi、P.Juhas和S.Billinge,未分配距离几何问题,离散应用。数学。,204(2016),第117-132页·Zbl 1333.05093号
[27] X.Feng、P.J.E.Verdegem、Y.K.Lee、D.Sandstroñm、m.Edeñn、P.Bovee-Gerts、W.J.de Grip、J.Lugtenburg、H.J.m.de Groot和m.H.Levitt,《固体核磁共振直接测定膜蛋白视紫红质中的分子扭转角》,J.Amer。化学。Soc.,119(1997),第6853-6857页。
[28] B.P.Flanagan和K.L.Bell,传感器位置误差较大的阵列自校准,信号处理。,81(2001),第2201-2214页。
[29] J.Frey,基于最小化样本内错误数量的排序方法,Amer。统计人员。,59(2005),第207-216页。
[30] N.Gaffke和R.Mathar,通过对偶的循环投影算法,Metrika,36(1989),第29-54页·Zbl 0676.90054号
[31] S.Gannot、E.Vincent、S.Markovich-Golan和A.Ozerov,《多麦克风语音增强和源分离的统一观点》,IEEE/ACM Trans。语音语言处理。,25(2017),第692-730页。
[32] N.D.Gaubitch、W.B.Kleijn和R.Heusdens,自组织麦克风阵列中的自动放大,《IEEE声学、语音和信号处理国际会议(ICASSP)论文集》,IEEE,华盛顿特区,2013年,第106-110页。
[33] S.Gerschgorin,《特征矩阵》,Izv。阿卡德。瑙克。苏联。其他日期。Fiz-Mat.Nauk,7(1931),第749-754页·JFM 57.1340.6(联合部队司令部)
[34] M.D.Gillette和H.F.Silverman,基于到达时间差的线性闭式源定位算法,IEEE信号处理。莱特。,15(2008),第1-4页。
[35] W.Glunt、T.Hayden和M.Raydan,距离矩阵的分子构象,J.Compute。化学。,14(1993),第114-120页。
[36] A.Y.Govan、A.N.Langville和C.D.Meyer,《团队运动排名的攻防方法》,J.Quant。分析。体育,5(2009),4。
[37] V.Gulshan,L.Peng,M.Coram,M.C.Stumpe,D.Wu,A.Narayanaswamy,S.Venugopalan,K.Widner,T.Madams,J.Cuadros等人,《在视网膜眼底照片中检测糖尿病视网膜病变的深度学习算法的开发和验证》,JAMA,316(2016),第2402-2410页。
[38] P.Guêntert,CYANA的自动NMR结构计算,《蛋白质NMR技术》,斯普林格,纽约,2004年,第353-378页。
[39] P.Gu¨ntert、C.Mumenthaler和K.Wu¨thrich,使用新程序Dyana计算核磁共振结构的扭角动力学,J.Molecular Biol。,273(1997),第283-298页。
[40] L.Guttman,《寻找点配置的最小坐标空间的通用非度量技术》,《心理测量学》,33(1968),第469-506页·Zbl 0205.49302号
[41] K.M.Hall,r维二次布局算法,管理科学。,17(1970年),第219-229页·Zbl 0203.52503号
[42] G.W.Hart,《多维分析:科学与工程的代数和系统》,Springer-Verlag,纽约,1995年·Zbl 0889.00009
[43] T.F.Havel,《距离几何:理论、算法和化学应用》,载于《计算化学百科全书》,John Wiley&Sons,纽约,1998年,第723-742页。
[44] R.A.Horn和C.R.Johnson,《矩阵分析》,剑桥大学出版社,英国剑桥,2012年。
[45] T.Jech,《不完全锦标赛的排名:流行运动的数学家指南》,Amer。数学。《月刊》,90(1983),第246-266页·Zbl 0519.05034号
[46] C.R.Johnson,逆M-矩阵,线性代数应用。,47(1982),第195-216页·Zbl 0488.15011号
[47] J.P.Keener,《Perron-Frobenius定理与足球队排名》,SIAM Rev.,35(1993),第80-93页,https://doi.org/10.1137/1035004。 ·Zbl 0788.62064号
[48] D.Kihara、H.Chen和Y.David Yang,蛋白质结构模型的质量评估,当前蛋白质肽科学。,10(2009年),第216-28页。
[49] J.B.Kruskal,通过优化非度量假设的拟合优度实现多维标度,《心理测量学》,29(1964),第1-27页·Zbl 0123.36803号
[50] Y.Kuang,E.Ask,S.Burgess,and K.\AAstro­m,《使用远场近似作为初始估计来理解TOA和TDOA网络校准》,《模式识别应用和方法国际会议论文集》,葡萄牙阿尔加维,2012年,第590-596页。
[51] Y.Kuang、S.Burgess、A.Torstensson和K.\AAstro­m,《话筒位置自校准问题的完整表征和解决方案》,《IEEE声学、语音和信号处理国际会议(ICASSP)论文集》,IEEE,华盛顿特区,2013年,第3875-3879页。
[52] P.Kułakowski、J.Vales-Alonso、E.Egea-Loípez、W.Ludwin和J.Garciía-Haro,基于无线传感器网络天线阵列的到达角定位,计算机。《电气工程师》,第36期(2010年),第1181-1186页·Zbl 1202.94152号
[53] L.Liberti、C.Lavor、N.Maculan和A.Mucherino,欧几里德距离几何和应用,SIAM Rev.,56(2014),第3-69页,https://doi.org/10.1137/120875909。 ·Zbl 1292.51010号
[54] D.Macagnano和G.T.F.De Abreu,异构信息鲁棒定位的代数方法,IEEE Trans。无线通信。,12(2013年),第5334-5345页。
[55] D.Malioutov、M.Cetin和A.Willsky,《利用传感器阵列进行源定位的稀疏信号重建透视图》,IEEE Trans。信号处理。,53(2005),第3010-3022页·Zbl 1370.94191号
[56] K.Massey,《应用于运动队评分的统计模型》,布鲁菲尔德学院,弗吉尼亚州布鲁菲尔德,1997年。
[57] S.Mika、G.Ratsch、J.Weston、B.Schokopf和K.R.Mullers,Fisher核判别分析,《信号处理神经网络IX:1999年IEEE信号处理学会研讨会论文集》,IEEE,华盛顿特区,1999年,第41-48页。
[58] T.Mikolov、I.Sutskever、K.Chen、G.S.Corrado和J.Dean,单词和短语的分布式表示及其组合,《神经信息处理系统的进展》,NeurIPS,加州圣地亚哥,2013年,第3111-3119页。
[59] A.Mucherino、C.Lavor和L.Liberti,可离散距离几何问题,Optim。莱特。,6(2012),第1671-1686页·Zbl 1258.90100号
[60] P.Nicolas和G.Vezzosi,《未知几何阵列的远场源定位》,施普林格,多德雷赫特,荷兰,1989年,第503-509页。
[61] N.Ono、H.Kohno、N.Ito和S.Sagayama,分布式麦克风阵列异步记录信号的盲对准,摘自IEEE音频和声学信号处理应用研讨会论文集,IEEE,华盛顿特区,2009年,第161-164页。
[62] B.Osting、C.Brune和S.J.Osher,《信息性排名的最佳数据收集》,J.Mach。学习。Res.,15(2014),第2981-3012页·Zbl 1319.62046号
[63] C.C.Paige和M.A.Saunders,LSQR:稀疏线性方程组和稀疏最小二乘的算法,ACM Trans。数学。软质。,8(1982),第43-71页·Zbl 0478.65016号
[64] H.Pan,R.Scheibler,E.Bezzam,I.Dokmanic,M.Vetterli,FRIDA:基于FRI的任意阵列布局DOA估计,《IEEE声学、语音和信号处理国际会议论文集》,IEEE,华盛顿特区,2017年,第3186-3190页。
[65] R.Parhizkar,《欧几里德距离矩阵:属性、算法和应用》,博士论文,Eécole Polytechnique Feédeérale de Lausanne(EPFL),瑞士洛桑,2013年。
[66] J.Parson、J.B.Holmes、J.M.Rojas、J.Tsai和C.E.M.Strauss,《硅蛋白合成中从扭转空间到笛卡尔空间的实用转换》,J.Compute。化学。,26(2005),第1063-1068页。
[67] R.Peng和M.L.Sichitiu,无线传感器网络的到达角定位,载于第三届IEEE通信协会传感器和自组织通信与网络年会论文集,IEEE,华盛顿特区,2006年,第374-382页。
[68] G.Poole和T.Boullion,《M矩阵调查》,SIAM Rev.,16(1974),第419-427页,https://doi.org/10.1137/1016079。 ·Zbl 0292.15009号
[69] Y.Saad,稀疏线性系统的迭代方法,SIAM,费城,2003,https://doi.org/10.1137/1.9780898718003。 ·Zbl 1031.65046号
[70] R.Scheibler、J.Azcarreta、R.Beuchat和C.Ferry,《Pyramic:全栈开放式麦克风阵列架构和数据集》,载于《第16届国际声信号增强研讨会(IWAENC)会议记录》,日本东京,2018年,第226-230页。
[71] R.O.Schmidt,多发射极位置和信号参数估计,IEEE Trans。天线和传播。,34(1986),第276-280页。
[72] B.Scho¨lkopf、A.Smola和K.-R.Mu¨ller,作为核心特征值问题的非线性成分分析,神经计算。,10(1998年),第1299-1319页。
[73] S.Shiraishi、T.Obata和M.Daigo,正倒数矩阵的性质及其在AHP中的应用,J.Oper。Res.Soc.Japan,41(1998),第404-414页·Zbl 1003.15019号
[74] D.A.Spielman和S.-H.Teng,预处理和求解对称对角占优线性系统的近线性时间算法,SIAM J.矩阵分析。申请。,35(2014),第835-885页,https://doi.org/10.1137/090771430。 ·Zbl 1311.65031号
[75] C.H.Suh和C.W.Radcliffe,运动学和机构设计,威利,纽约,1987年。
[76] S.Thrun,《来自声音的仿射结构》,摘自《神经信息处理系统进展》18,NeurIPS,加利福尼亚州圣地亚哥,2006年,第1353页。
[77] D.S.W.Ting,C.Y.-L.Cheung,G.Lim,G.S.W.Tan,N.D.Quang,A.Gan,H.Hamzah,R.Garcia-Franco,I.Y.San Yeo,S.Y.Lee等人,《利用多民族糖尿病患者的视网膜图像开发和验证糖尿病视网膜病变和相关眼病的深度学习系统》,JAMA,318(2017),第2211-2223页。
[78] P.D.Turny和P.Pantel,《从频率到意义:语义的向量空间模型》,《人工智能杂志》。研究,37(2010),第141-188页·Zbl 1185.68765号
[79] M.Vetterli、J.Kovačević和V.K.Goyal,《信号处理基础》,剑桥大学出版社,英国剑桥,2014年。
[80] J.Wendeberg、F.Hoöflinger、C.Schindelhauer和L.Reindl,《无校准时差自动定位》,J.Location Based Services,7(2013),第121-144页。
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