The Blahut-Arimoto (BA) algorithm has played a fundamental role in the numerical computation of rate-distortion (RD) functions. This algorithm possesses a desirable monotonic convergence property by alternatively minimizing its Lagrangian with a fixed multiplier. In this paper, we propose a novel modification of the BA algorithm, wherein the multiplier is updated through a one-dimensional root-finding step using a monotonic univariate function, efficiently implemented by Newton's method in each iteration. Consequently, the modified algorithm directly computes the RD function for a given target distortion, without exploring the entire RD curve as in the original BA algorithm. Moreover, this modification presents a versatile framework, applicable to a wide range of problems, including the computation of distortion-rate (DR) functions. Theoretical analysis shows that the outputs of the modified algorithms still converge to the solutions of the RD and DR functions with rate $O(1/n)$, where $n$ is the number of iterations. Additionally, these algorithms provide $\varepsilon$-approximation solutions with $O\left(\frac{MN\log N}{\varepsilon}(1+\log |\log \varepsilon|)\right)$ arithmetic operations, where $M,N$ are the sizes of source and reproduced alphabets respectively. Numerical experiments demonstrate that the modified algorithms exhibit significant acceleration compared with the original BA algorithms and showcase commendable performance across classical source distributions such as discretized Gaussian, Laplacian and uniform sources.


翻译:Blahut-Arimoto (BA)算法在率失真(RD)函数的数值计算中发挥着基础性作用。该算法通过交替最小化固定乘子的拉格朗日函数,具备理想的单调收敛特性。本文提出一种新颖的BA算法改进方案,其中乘子通过利用单调单变量函数的一维求根步骤进行更新,并在每次迭代中采用牛顿法高效实现。改进算法无需像原始BA算法那样探索完整RD曲线,即可直接计算给定目标失真下的RD函数。此外,该改进方案呈现出一个通用框架,适用于包括失真率(DR)函数计算在内的广泛问题。理论分析表明,改进算法的输出仍以$O(1/n)$的速率收敛至RD和DR函数的解,其中$n$为迭代次数。同时,这些算法通过$O\left(\frac{MN\log N}{\varepsilon}(1+\log |\log \varepsilon|)\right)$次算术运算提供$\varepsilon$近似解,其中$M,N$分别为信源字母集与重建字母集的大小。数值实验表明,与原始BA算法相比,改进算法展现出显著加速效果,并在离散化高斯、拉普拉斯和均匀信源等经典信源分布上表现出优异的性能。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2024年2月28日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
1+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
3+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
8+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
5+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
7+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
5+阅读 · 5月29日
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员