Inference by means of mathematical modeling from a collection of observations remains a crucial tool for scientific discovery and is ubiquitous in application areas such as signal compression, imaging restoration, and supervised machine learning. The inference problems may be solved using variational formulations that provide theoretically proven methods and algorithms. With ever-increasing model complexities and growing data size, new specially designed methods are urgently needed to recover meaningful quantifies of interest. We consider the broad spectrum of linear inverse problems where the aim is to reconstruct quantities with a sparse representation on some vector space; often solved using the (generalized) least absolute shrinkage and selection operator (lasso). The associated optimization problems have received significant attention, in particular in the early 2000's, because of their connection to compressed sensing and the reconstruction of solutions with favorable sparsity properties using augmented Lagrangians, alternating directions and splitting methods. We provide a new perspective on the underlying l1 regularized inverse problem by exploring the generalized lasso problem through variable projection methods. We arrive at our proposed variable projected augmented Lagrangian (vpal) method. We analyze this method and provide an approach for automatic regularization parameter selection based on a degrees of freedom argument. Further, we provide numerical examples demonstrating the computational efficiency for various imaging problems.


翻译:从收集的观测数据进行数学模型的推论仍然是科学发现的一个重要工具,在信号压缩、图像恢复和受监督的机器学习等应用领域,这种推论问题可能通过提供经理论上证明的方法和算法的变异配方来解决。随着模型复杂性不断增加和数据规模的扩大,迫切需要采用新的专门设计的方法,以恢复有意义的量化。我们认为,广泛的线性反向问题的范围很广,目的是在某些矢量空间中以稀少的代表性来重建数量;常常使用(一般的)最不绝对的缩缩缩和选择操作器(激光索)加以解决。有关的优化问题已经受到极大关注,特别是在2000年代初期,因为它们与压缩的感测和重新利用增强的拉格兰加人、交替方向和分裂方法等优容性特性的解决方案有关。我们从新的角度看,通过通过可变的预测方法探索普遍拉格朗加平方(Vpal)方法,我们得出了拟议变数预测的变数,预测拉格朗加(Vpal)方法。我们进一步分析这一方法,并提供了一种基于自由度的数据化参数选择方法的数值分析方法。我们提供了一种数字化分析方法,以展示了各种成像化参数选择。

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