For many applications involving a sequence of linear systems with slowly changing system matrices, subspace recycling, which exploits relationships among systems and reuses search space information, can achieve huge gains in iterations across the total number of linear system solves in the sequence. However, for general (i.e., non-identity) shifted systems with the shift value varying over a wide range, the properties of the linear systems vary widely as well, which makes recycling less effective. If such a sequence of systems is embedded in a nonlinear iteration, the problem is compounded, and special approaches are needed to use recycling effectively. In this paper, we develop new, more efficient, Krylov subspace recycling approaches for large-scale image reconstruction and restoration techniques that employ a nonlinear iteration to compute a suitable regularization matrix. For each new regularization matrix, we need to solve regularized linear systems, ${\bf A} + \gamma_\ell {\bf E}_k$, for a sequence of regularization parameters, $\gamma_\ell$, to find the optimally regularized solution that, in turn, will be used to update the regularization matrix. In this paper, we analyze system and solution characteristics to choose appropriate techniques to solve each system rapidly. Specifically, we use an inner-outer recycling approach with a larger, principal recycle space for each nonlinear step and smaller recycle spaces for each shift. We propose an efficient way to obtain good initial guesses from the principle recycle space and smaller shift-specific recycle spaces that lead to fast convergence. Our method is substantially reduces the total number of matrix-vector products that would arise in a naive approach. Our approach is more generally applicable to sequences of shifted systems where the matrices in the sum are positive semi-definite.


翻译:针对系统矩阵缓慢变化的线性系统序列问题,子空间回收技术通过挖掘系统间关联性并重用搜索空间信息,可显著减少整个序列中所有线性系统求解的迭代次数。然而对于一般性(非单位矩阵)且位移值大范围变化的移位移系统,不同线性系统的特性差异显著,导致回收效率降低。当此类系统序列嵌入非线性迭代时,问题更为复杂,需采用特殊策略实现有效回收。本文针对大规模图像重建与恢复技术,开发了新型高效Krylov子空间回收方法,该方法通过非线性迭代计算合适的正则化矩阵。对于每个新正则化矩阵,我们需要求解一系列正则化线性系统 ${\bf A} + \gamma_\ell {\bf E}_k$(对应不同正则化参数 $\gamma_\ell$),以获得最优正则化解进而更新正则化矩阵。本文通过分析系统与解的特性,选择适宜技术快速求解各系统:具体采用内外双回收策略,对每个非线性步骤构建较大的主回收空间,并对每个位移值构建较小的专用回收空间。我们提出高效方法,从主回收空间及位移专用回收空间中获取优质初始解,从而加速收敛。相较于朴素方法,本方法大幅减少了矩阵-向量乘积总量。该方案可推广至求和矩阵均为半正定的更一般性位移系统序列场景。

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
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016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
47+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
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
VIP会员
最新内容
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:43
《美军条令:作战伤员后送保障》
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:38
《美空军条令出版物 4-0,维持》
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:32
《基于仿真的空军任务规划优化》
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:21
CVPR 2026教程:统一多模态模型走向收敛之路
专知会员服务
6+阅读 · 6月8日
《人工智能在网络防御中的机遇》
专知会员服务
6+阅读 · 6月8日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016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
47+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
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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员