基于非整数阶梯度的稀疏信号重构方法研究

基本信息
批准号:11201366
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:22.00
负责人:李科学
学科分类:
依托单位:西安交通大学
批准年份:2012
结题年份:2015
起止时间:2013-01-01 - 2015-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:贾骏雄,陈映瞳,余永超,孙向志
关键词:
稀疏信号p范数优化非整数阶梯度重构算法压缩感知
结项摘要

Sparse signal reconstruction is the central issue of Compressed Sensing. The existing reconstruction algorithms have mostly concentrated on the 1-norm optimization, which leads to lots of redundant and it is difficult to distinguish between the location of the sparse coefficient scale. Hence, it is an inevitable choice to consider the p(p<1)-norm optimization. However, the p-norm optimization problem is non-convex and it is well-known that how to solve non-convex optimization problems is an open problem. Therefore, developing the mathematical theory and computational methods for p-norm optimization has important theoretical significance and application value. Based on the concept that "A non-convex optimization problem in the framework of integer order calculus is probably a convex optimization problem in the framework of fractional calculus", this project aims at using fractional calculus theory to introduce the notion of non-integer order gradient to generalize the concept of convex function and to develop a method to solve the p-norm optimization problem based on the non-integer order gradient. Thus, a new kind of theory and methods for sparse signal resconstruction is developed.

稀疏信号重构是压缩感知理论中的核心问题。现有的重构算法大多是基于优化1-范数而发展起来的,因而存在数据的大量冗余难以去除、稀疏系数尺度的位置难以区分等不足,因此,通过优化 p-范数(p<1)是必然选择。但是,p-范数优化问题是非凸的,如何对其进行有效求解仍是个公开性问题。 因此, 发展针对 p-范数优化问题的数学理论与方法具有重要的理论意义和应用价值。本项目旨在运用分数阶微积分理论,基于"一个在整数阶微积分框架下的非凸优化问题在分数阶微积分框架下可以是凸的"这一理念,通过引入非整数阶梯度这一概念,拓展凸函数的概念, 提出一种基于非整数阶梯度的求解 p-范数优化问题的方法,从而为稀疏信号重构问题的研究探索出一种全新的理论和方法。

项目摘要

稀疏信号重构是压缩感知理论中的核心问题。 本项目针对稀疏信号重构问题展开对非整数阶梯度算子性质的研究。完成基于非整数阶梯度刻画极值条件的研究;完成对单调非整数阶梯度系统的渐近性质的研究。完成对非整数阶梯度的离散格式方法进行研究,针对含p-范数的函数,提出离散其非整数阶梯度的有效方法。 完成基于非整数阶梯度的最速下降算法的设计。完成基于非整数阶梯度的共轭梯度算法的设计。 完成关于算法收敛性以及收敛速率估计等性能的研究。完成对p-范数重构的稀疏性与参数 之间的关系刻画。完成关于算法性能对梯度阶数的依赖性的研究,运用所提出的方法进行信号重构的数值实验,验证了算法可行性和有效性。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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