Expressing a matrix as the sum of a low-rank matrix plus a sparse matrix is a flexible model capturing global and local features in data popularized as Robust PCA (Candes et al., 2011; Chandrasekaran et al., 2009). Compressed sensing, matrix completion, and their variants (Eldar and Kutyniok, 2012; Foucart and Rauhut, 2013) have established that data satisfying low complexity models can be efficiently measured and recovered from a number of measurements proportional to the model complexity rather than the ambient dimension. This manuscript develops similar guarantees showing that $m\times n$ matrices that can be expressed as the sum of a rank-$r$ matrix and a $s$-sparse matrix can be recovered by computationally tractable methods from $\mathcal{O}(r(m+n-r)+s)\log(mn/s)$ linear measurements. More specifically, we establish that the low-rank plus sparse matrix set is closed provided the incoherence of the low-rank component is upper bounded as $\mu<\sqrt{mn}/(r\sqrt{s})$, and subsequently, the restricted isometry constants for the aforementioned matrices remain bounded independent of problem size provided $p/mn$, $s/p$, and $r(m+n-r)/p$ remain fixed. Additionally, we show that semidefinite programming and two hard threshold gradient descent algorithms, NIHT and NAHT, converge to the measured matrix provided the measurement operator's RIC's are sufficiently small. These results also provably solve convex and non-convex formulation of Robust PCA with the asymptotically optimal fraction of corruptions $\alpha=\mathcal{O}\left(1/(\mu r) \right)$, where $s = \alpha^2 mn$, and improve the previously best known guarantees by not requiring that the fraction of corruptions is spread in every column and row by being upper bounded by $\alpha$. Numerical experiments illustrating these results are shown for synthetic problems, dynamic-foreground/static-background separation, and multispectral imaging.


翻译:表达一个矩阵, 作为低位矩阵和稀薄矩阵的总和, 是一个灵活的模型, 捕捉数据中全球和地方的特征, 数据以硬流( Canddes 等人, 2011; Chandrasekran 等人, 2009 ) 流行。 压缩的感应、 矩阵完成及其变体( Eldar 和 Kutyniok, 2012; Foucart 和 Rauhut, 2013) 已经确认, 满足低复杂度模型的数据可以通过与模型复杂度相比的测量量来有效测量和回收。 本手稿开发了一个类似的保证, 显示, 以平流值( 低位和稀薄) 基底值计算, 以平价美元表示的平价基值基值和平流值计算结果。

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