字典学习在压缩感知问题中的适用性

信息处理 压缩传感
2022-02-21 13:41:30

压缩感知问题:

Y=MX = 测量矩阵(已知), = 完整信号(未知), = 采样点(已知)。目标是使用稀疏性的概念获得 = 稀疏向量(未知),和 = 将信号转换为稀疏域(已知)的基础。所以,从这个表达式中我们找到,并将其代入得到MXYXX=ϕSSϕY=MϕSSX=ϕSX

字典学习问题

P=ψQ是信号(已知), = 稀疏向量(未知),而 = 将信号转换为稀疏域(未知)的基。我们使用交替最小化算法(如 k-svd)找到PQψPψQ

我的问题是:使用字典学习的压缩感知

Y=MϕS = 采样点(已知), = 测量矩阵(已知), = 稀疏向量(未知),和 = 将信号转换为稀疏域(未知)的基础。这有可能完全解决吗?YMSϕY

参考适当的参考资料也会有很大帮助。

1个回答

为什么当然,这当然是可能的。正如您已经指出的,字典学习与稀疏恢复紧密耦合,这是压缩感知所需要的。

在 DL 中,我们试图将,这只有在做出额外假设的情况下才有可能。通常,这包括的一些额外的归一化约束还有一些条件甚至可以使问题变得独特。请注意,可能不是基础,通常它甚至不是平方。DL 的典型策略包括交替优化(看看基于 MOD 的算法):从猜测其中一个开始,估计另一个,然后轮流进行。这利用了这样一个事实,即虽然找到都是一个困难(非凸)问题,但在给定另一个的情况下找到其中一个要容易得多:Y=DXXDDDX

  • 给定(和 )找到是一个线性最小二乘问题DXY
  • 在给定(和 )的情况下找到是一个稀疏恢复问题(它本身也是非凸的,但具有很好的凸松弛,已经得到很好的研究)。XDY

在 CS 设置中,我们遇到了类似的情况,除了这里,通常由我们知道的测量矩阵(例如 )和一些我们可能知道或可能不知道的稀疏字典或基础(例如 )组成即在这种情况下可以是一个基(即,它是正方形),但它也可以是一些更通用的字典(即,平面)。另一方面,矩阵鉴于此,上述策略仍然适用,您可以应用交替优化:DΦAD=ΦAY=DX=ΦAXAΦ

  • 找到给定是一个线性最小二乘问题(除非您需要作为基础,这会增加一个正交约束)AΦXYA
  • 在给定的情况下找到是一个稀疏恢复问题(与 CS 上下文中已经使用的问题没有任何不同)。XΦAY

也就是说,有一些策略可以联合优化,例如 K-SVD。它们可能不直接适用。DX