Sparse inversion and classification problems are ubiquitous in modern data science and imaging. They are often formulated as non-smooth minimisation problems. In sparse inversion, we minimise, e.g., the sum of a data fidelity term and an L1/LASSO regulariser. In classification, we consider, e.g., the sum of a data fidelity term and a non-smooth Ginzburg--Landau energy. Standard (sub)gradient descent methods have shown to be inefficient when approaching such problems. Splitting techniques are much more useful: here, the target function is partitioned into a sum of two subtarget functions -- each of which can be efficiently optimised. Splitting proceeds by performing optimisation steps alternately with respect to each of the two subtarget functions. In this work, we study splitting from a stochastic continuous-time perspective. Indeed, we define a differential inclusion that follows one of the two subtarget function's negative subdifferential at each point in time. The choice of the subtarget function is controlled by a binary continuous-time Markov process. The resulting dynamical system is a stochastic approximation of the underlying subgradient flow. We investigate this stochastic approximation for an L1-regularised sparse inversion flow and for a discrete Allen-Cahn equation minimising a Ginzburg--Landau energy. In both cases, we study the longtime behaviour of the stochastic dynamical system and its ability to approximate the underlying subgradient flow at any accuracy. We illustrate our theoretical findings in a simple sparse estimation problem and also in low- and high-dimensional classification problems.
翻译:在现代数据科学和成像中,偏差的翻版和分类问题无处不在。 标准( 子) 梯度下降方法在处理这些问题时显示效率低。 分解技术更有用 : 在这里, 目标函数被分割成两个子目标函数的总和 -- -- 每一个子目标函数都可以有效优化。 在分类中, 我们考虑数据忠度术语和分类问题的总和, 例如数据忠度术语和不优于银兹堡- Landau 的能量。 事实上, 标准( 子) 梯度下降方法在处理这些问题时显示效率低。 分解技术更有用 : 在这里, 目标函数被分割成两个子目标函数的总和 -- -- 每一个子目标函数都可以高效优化。 通过对两个子目标函数的每一个进行优化步骤的对等分解。 在这项工作中, 我们从一个数据忠度的直径直线值术语和直线直径直径直直直的直流到直径直径直径直径直径直的直径直径直函数 。 我们的直径直径直径直到直径直径直方向的直径直径直到直径直径直径直到直的直的系统 。 在直方向向方向的系统中,, 将一个动态的直向直向直向直向方向的循环系统,, 向方向向方向向方向向方向向方向向方向向方向向方向向方向向方向向方向向方向向方向向的循环系统,,,,,, 方向向方向向方向向, 方向向的系统向, 方向向方向向方向向,,,,, 我们向方向的系统,,,,, 向方向,,, 方向, 方向, 我们向, 我们向, 方向, 我们向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向,,, 方向流,,, 方向向, 方向向, 方向向, 方向向, 方向, 方向, 方向, 方向, 方向,,,,, 方向, 方向,,,, 方向, 方向, 方向向, 方向, 方向