This paper introduces a novel approach to learning sparsity-promoting regularizers for solving linear inverse problems. We develop a bilevel optimization framework to select an optimal synthesis operator, denoted as $B$, which regularizes the inverse problem while promoting sparsity in the solution. The method leverages statistical properties of the underlying data and incorporates prior knowledge through the choice of $B$. We establish the well-posedness of the optimization problem, provide theoretical guarantees for the learning process, and present sample complexity bounds. The approach is demonstrated through theoretical infinite-dimensional examples, including compact perturbations of a known operator and the problem of learning the mother wavelet, and through extensive numerical simulations. This work extends previous efforts in Tikhonov regularization by addressing non-differentiable norms and proposing a data-driven approach for sparse regularization in infinite dimensions.


翻译:本文提出了一种学习稀疏促进正则化器以解决线性逆问题的新方法。我们建立了一个双层优化框架来选择最优合成算子(记为$B$),该算子在正则化逆问题的同时促进解的稀疏性。该方法利用了底层数据的统计特性,并通过$B$的选择融入了先验知识。我们证明了优化问题的适定性,为学习过程提供了理论保证,并给出了样本复杂度界。通过理论无限维示例(包括已知算子的紧扰动和学习母小波问题)以及广泛的数值模拟,验证了该方法的有效性。此项工作通过处理不可微范数并提出无限维稀疏正则化的数据驱动方法,扩展了先前在Tikhonov正则化方面的研究。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学,统计学和计算机科学中,尤其是在机器学习和逆问题中,正则化是添加信息以解决不适定问题或防止过度拟合的过程。 正则化适用于不适定的优化问题中的目标函数。
从图像去噪到成像逆问题的正则化:综述
专知会员服务
14+阅读 · 2025年9月4日
【博士论文】利用图结构加速稀疏计算
专知会员服务
18+阅读 · 2025年3月6日
专知会员服务
46+阅读 · 2020年7月29日
机器学习中的最优化算法总结
人工智能前沿讲习班
22+阅读 · 2019年3月22日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
博客 | 机器学习中的数学基础(凸优化)
AI研习社
14+阅读 · 2018年12月16日
稀疏性的3个优势 -《稀疏统计学习及其应用》
遇见数学
15+阅读 · 2018年10月24日
干货|掌握机器学习数学基础之优化[1](重点知识)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年11月19日
从浅层模型到深度模型:概览机器学习优化算法
机器之心
27+阅读 · 2017年7月9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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
最新“指挥控制”领域出版物合集(16份)
专知会员服务
7+阅读 · 4月12日
面向军事作战需求开发的人工智能(RAIMOND)
专知会员服务
15+阅读 · 4月12日
远程空中优势:新一代超视距导弹的兴起
专知会员服务
2+阅读 · 4月12日
大语言模型溯因推理的统一分类学与综述
专知会员服务
4+阅读 · 4月12日
相关资讯
机器学习中的最优化算法总结
人工智能前沿讲习班
22+阅读 · 2019年3月22日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
博客 | 机器学习中的数学基础(凸优化)
AI研习社
14+阅读 · 2018年12月16日
稀疏性的3个优势 -《稀疏统计学习及其应用》
遇见数学
15+阅读 · 2018年10月24日
干货|掌握机器学习数学基础之优化[1](重点知识)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年11月19日
从浅层模型到深度模型:概览机器学习优化算法
机器之心
27+阅读 · 2017年7月9日
相关基金
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
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+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
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
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
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员