We propose a new penalty, the springback penalty, for constructing models to recover an unknown signal from incomplete and inaccurate measurements. Mathematically, the springback penalty is a weakly convex function. It bears various theoretical and computational advantages of both the benchmark convex $\ell_1$ penalty and many of its non-convex surrogates that have been well studied in the literature. We establish the exact and stable recovery theory for the recovery model using the springback penalty for both sparse and nearly sparse signals, respectively, and derive an easily implementable difference-of-convex algorithm. In particular, we show its theoretical superiority to some existing models with a sharper recovery bound for some scenarios where the level of measurement noise is large or the amount of measurements is limited. We also demonstrate its numerical robustness regardless of the varying coherence of the sensing matrix. The springback penalty is particularly favorable for the scenario where the incomplete and inaccurate measurements are collected by coherence-hidden or -static sensing hardware due to its theoretical guarantee of recovery with severe measurements, computational tractability, and numerical robustness for ill-conditioned sensing matrices.


翻译:我们提出了一个新的惩罚,即春季惩罚,用于建造模型以从不完整和不准确的测量中恢复未知信号。从数学角度讲,春季惩罚是一个微弱的锥形功能。它具有各种理论和计算优势,既有基准锥形元元元1美元罚款,也有文献中研究过的许多非锥形代孕。我们分别对稀有和几乎稀少的信号使用春季惩罚,为回收模型建立精确和稳定的恢复理论,并产生易于执行的电流算法差异。特别是,我们向一些现有模型展示了其理论优势,在测量噪音较大或测量量有限的一些情景中,其恢复幅度更大。我们还表明其数字稳健性,而不论感测矩阵的一致性如何。由于理论保证以严格的测量、计算性强度和数量稳健度对不稳的感测矩阵进行恢复,因此对不完全和不准确的测量数据进行精确的测量,因此,其收集的精确和不准确性的测量结果尤其有利于这种假设。

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