逆问题中的解决概念

计算科学 线性代数 优化 逆问题
2021-12-06 04:52:55

假设我有以下形式的线性逆问题:

Ax=b

我想通过目标从测量xb

minx{||Axb||22+λR(x)}

R(x)正则化器,λ是正则化参数。

如果我们不选择正则化,即应用于数据时将获得最优解同时,给出:R(x)=0Ab

AA=I

实际上,不使用完全逆算子,而仅使用近似逆算子,以便不拟合中存在的噪声。这可以通过在拟合噪声之前的迭代中截断来实现(梯度下降或截断奇异值分解),或者如果正则化器是可微的,例如(Tikhonov 正则化),同时适当地设置bR(x)=||x||22λ

在这些情况下,我们能够找到逆以及矩阵积解析表达式。我们通过下标进一步表示近似逆,即AAAkAk

矩阵乘积

AkA=Rk

称为分辨率矩阵(也称为 Backus-Gilbert Resolution Kernel)。中单个参数中结果值的传播(在成像中,这将告诉我们点传播函数)。绘制矩阵的一列然后产生一个局部峰值,该峰值可用于启发式分配分辨率,例如通过对应参数的半峰全宽 (FWHM)。xb

我的问题:假设问题涉及不可微正则化器,例如范数正则化。在这种情况下,是否也可以提出类似的决议分配?1

1个回答

您需要回到为什么的列为您提供点扩散功能。本质上,您要回答的问题是:如果我通过单位更改更改了的单个条目,那么该更改将如何传播到AkAbx

对于您概述的二次优化问题,您有 与一些来自和以适当方式的正则化矩阵,所以如果你有一个变化那么你会得到一个解 换句话说,变化是 所以查看列是有道理的——因为那只是右手边

x=Bb
BAb~=b+ei
x~=x+δx=Bb~=Bb+Bei.
δx=Bei,
iBBei

对于非二次正则化器,没有这样简单的矩阵可以生成从的映射。相反,它将是一个非线性算子: 但是你可以计算给定,因此你也可以计算 查看的条目从条目完全相同的信息。当然,你现在不得不说你的“背景”是什么Bbx

x=B(b).
B(b)b
δx=x~x=B(b+ei)B(b).
δxiib是因为这种分辨率信息取决于您的线性化点,但这个想法仍然有效:可能会成为“参考”或“无噪声”点。bb