TVMADA: Total Variation Minimization的增强Lagrangian和交替方向算法

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0 下载量 74 浏览量 更新于2024-11-15 收藏 923KB ZIP 举报
资源摘要信息:"TVMADA.zip_TV Minimization_algorithms_terribleh4l_total Lagrangi" 标题中提到的"TVMADA.zip_TV Minimization_algorithms_terribleh4l_total Lagrangi"包含了几个关键的概念,它们分别涉及到了图像处理、优化算法以及特定算法的实现。在详细介绍这些知识点之前,我们首先解释一下标题中的缩写和术语。 首先,“TVMADA”可能是“Total Variation Minimization by Augmented Lagrangian and Alternating Direction Algorithms”的缩写,其中涉及到的几个关键词包括:Total Variation (TV) Minimization、Augmented Lagrangian Method(增广拉格朗日法)、Alternating Direction Method of Multipliers(交替方向乘子法)。 Total Variation Minimization是一种常用于图像处理领域的技术,特别是在图像去噪、超分辨率和压缩感知等领域。它利用图像的Total Variation这一数学概念,减少图像中的噪声同时保持边缘信息。Total Variation是指图像梯度的L1范数,该方法能够有效地保留图像的边缘信息,使得去噪后的图像看起来更加清晰。 Augmented Lagrangian Method是一种优化算法,用于解决带约束的最优化问题。它通过引入增广项来增强传统拉格朗日乘子法的性能,使得算法在求解约束优化问题时更加稳定和快速。在图像处理中,增广拉格朗日法经常被用于求解Total Variation Minimization问题。 Alternating Direction Method of Multipliers(交替方向乘子法)是一种求解大规模优化问题的算法,通过将复杂问题分解为若干个子问题来交替求解。这种方法在处理大规模分布式系统以及图像处理中的Total Variation问题时具有很高的效率。 描述中的"Total Variation Minimization by Augmented Lagrangian and Alternating Direction Algorithms"强调了在Total Variation Minimization问题中,如何通过结合增广拉格朗日法和交替方向乘子法来求解问题。这种方法利用两种算法的优点,旨在更高效、更稳定地解决图像去噪等问题。 标签中的"tv_minimization", "algorithms", "terribleh4l", "total_lagrangian", "total_variation"都是相关专业术语,其中"terribleh4l"可能是某些特定社区或者项目组中的内部代号或者特定命名,这里不予展开。 最后,提到的压缩包文件名称"TVAL3_v1.0",很可能是Total Variation Minimization算法具体实现的一个版本。这里"TVAL3"可能是算法名称或者库的版本代号,"v1.0"表示这是第一个稳定版本。 结合上述信息,我们可以了解到该压缩包中可能包含了Total Variation Minimization算法的实现代码,利用增广拉格朗日法和交替方向乘子法进行优化处理,专门用于解决图像处理中的各种去噪、重建等任务。开发者或者研究人员可以使用这些工具进行实验和研究,优化现有的图像处理算法,或者在相关领域开发新的应用。

将这段代码转换为伪代码:def levenberg_marquardt(fun, grad, jacobian, x0, iterations, tol): """ Minimization of scalar function of one or more variables using the Levenberg-Marquardt algorithm. Parameters ---------- fun : function Objective function. grad : function Gradient function of objective function. jacobian :function function of objective function. x0 : numpy.array, size=9 Initial value of the parameters to be estimated. iterations : int Maximum iterations of optimization algorithms. tol : float Tolerance of optimization algorithms. Returns ------- xk : numpy.array, size=9 Parameters wstimated by optimization algorithms. fval : float Objective function value at xk. grad_val : float Gradient value of objective function at xk. grad_log : numpy.array The record of gradient of objective function of each iteration. """ fval = None # y的最小值 grad_val = None # 梯度的最后一次下降的值 x_log = [] # x的迭代值的数组,n*9,9个参数 y_log = [] # y的迭代值的数组,一维 grad_log = [] # 梯度下降的迭代值的数组 x0 = asarray(x0).flatten() if x0.ndim == 0: x0.shape = (1,) # iterations = len(x0) * 200 k = 1 xk = x0 updateJ = 1 lamda = 0.01 old_fval = fun(x0) gfk = grad(x0) gnorm = np.amax(np.abs(gfk)) J = [None] H = [None] while (gnorm > tol) and (k < iterations): if updateJ == 1: x_log = np.append(x_log, xk.T) yk = fun(xk) y_log = np.append(y_log, yk) J = jacobian(x0) H = np.dot(J.T, J) H_lm = H + (lamda * np.eye(9)) gfk = grad(xk) pk = - np.linalg.inv(H_lm).dot(gfk) pk = pk.A.reshape(1, -1)[0] # 二维变一维 xk1 = xk + pk fval = fun(xk1) if fval < old_fval: lamda = lamda / 10 xk = xk1 old_fval = fval updateJ = 1 else: updateJ = 0 lamda = lamda * 10 gnorm = np.amax(np.abs(gfk)) k = k + 1 grad_log = np.append(grad_log, np.linalg.norm(xk - x_log[-1:])) fval = old_fval grad_val = grad_log[-1] return xk, fval, grad_val, x_log, y_log, grad_log

2023-06-06 上传

解释:def steepest_descent(fun, grad, x0, iterations, tol): """ Minimization of scalar function of one or more variables using the steepest descent algorithm. Parameters ---------- fun : function Objective function. grad : function Gradient function of objective function. x0 : numpy.array, size=9 Initial value of the parameters to be estimated. iterations : int Maximum iterations of optimization algorithms. tol : float Tolerance of optimization algorithms. Returns ------- xk : numpy.array, size=9 Parameters wstimated by optimization algorithms. fval : float Objective function value at xk. grad_val : float Gradient value of objective function at xk. grad_log : numpy.array The record of gradient of objective function of each iteration. """ fval = None grad_val = None x_log = [] y_log = [] grad_log = [] x0 = asarray(x0).flatten() # iterations = len(x0) * 200 old_fval = fun(x0) gfk = grad(x0) k = 0 old_old_fval = old_fval + np.linalg.norm(gfk) / 2 xk = x0 x_log = np.append(x_log, xk.T) y_log = np.append(y_log, fun(xk)) grad_log = np.append(grad_log, np.linalg.norm(xk - x_log[-1:])) gnorm = np.amax(np.abs(gfk)) while (gnorm > tol) and (k < iterations): pk = -gfk try: alpha, fc, gc, old_fval, old_old_fval, gfkp1 = _line_search_wolfe12(fun, grad, xk, pk, gfk, old_fval, old_old_fval, amin=1e-100, amax=1e100) except _LineSearchError: break xk = xk + alpha * pk k += 1 grad_log = np.append(grad_log, np.linalg.norm(xk - x_log[-1:])) x_log = np.append(x_log, xk.T) y_log = np.append(y_log, fun(xk)) if (gnorm <= tol): break fval = old_fval grad_val = grad_log[-1] return xk, fval, grad_val, x_log, y_log, grad_log

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