逼近和可视化吸引力盆地

计算科学 优化
2021-11-27 03:34:44

我正在从图像中的轮廓估计模型(刚性物体)的位置和方向(姿势)。为此,我在模型的姿势和轮廓之间构建了一个误差度量,大致如下:

ϵ(x¯)=if(x¯,mi)si2

其中是一个六维向量,将 3D 平移和旋转描述为x¯

f(x¯,p)=Rx¯p+tx¯

通常,这可能是非线性最小二乘法,但是有一个问题:需要在模型点mi和轮廓点ci之间进行分配,这使误差度量的评估变得复杂。

我将这个问题作为一般的非线性优化问题来处理。我已经知道这个误差度量是连续的,但由于上述分配,它不是连续可微的。但是,我确实有梯度信息,但这没有考虑分配,因此并不完全准确。

问题:有没有一种方法可以计算/近似和可视化这个六维空间中的景点盆地?

如果这绝对不可行,是否有一种方法可以计算/近似“有界”区域内的局部最小值的数量?

2个回答

可视化 6 维域并不容易。当然,除非你的超维显示器从修理工那里回来。然而,从未来获取零件从来都不是一件容易的事,所以我的全息甲板在后面的房间里苦苦挣扎。

开个玩笑,在 6-d 中可视化一个盆地确实不容易。甚至计算吸引力盆地的界限也很困难。维度的诅咒困扰着你。

好的,即使在较少的维度上,识别这样一个盆地的边界也需要解决许多优化问题。毕竟,吸引盆不一定是凸集。它不需要连接。而且,由于优化器从不同的起始值开始会产生仍然不同的结果,因此您现在必须进行一些聚类,测试多个解决方案是否真正相同。

当然还有其他问题。假设我要求在 (x,y) 平面上最小化函数 (xy)^2?显然,y=x 线上的任何点都是一个解,而且都同样好。但是聚类在这里会遇到问题,就像在任何此类退化上一样,并且在 6-d 中识别退化并不总是微不足道的。

最后,您询问在任何有界区域中识别局部最小化器的数量。对于一般的黑盒问题来说,这也是相当困难的。全局优化领域多年来一直致力于解决此类问题,尽管我认为它们通常无法为您提供任何难以计算的、易于计算的答案。

您可以使用诸如 solvopt 或 ralg 之类的非平滑求解器,使用许多随机起始值和有限数量的函数评估来运行它,并生成一个生成的近似解的集群。

这将使您了解吸引力盆地。由于涉及随机性,因此无法保证,但我认为严格的方法(分支和绑定)在您的上下文中不会有效。