反问题的随机正则化方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11871385
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0505.反问题建模与计算
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Computational lager scale inverse problem has been attracted a lot of attentions in signal processing, computed tomography, machine learning, parameter identification in recent years. The main difficult comes from the ill-posedness of the inverse problem, and the computational cost for the large scale data. We will study the randomized regularization method for this kind of problems, which combines the variational regularization (or iterative regularization) technique for the inverse problem and the randomized strategy to reduce the computational cost. First, constructing an accurate but cheaper surrogate to the linear operator by randomized projection or randomized SVD, we consider the variational regularization to the surrogate problem. Its convergence and optimal convergence rate will be proved under a proper regularization parameter selection rule. Second, we can show that the stochastic gradient descent algorithm and randomized Gauss-Newton algorithm are iterative regularization method in the expectation sense, when they are equipped with a variance reduction strategy and a properly chosen stopping condition. Last, we will give the pre-asymptotic error analysis for stochastic gradient descent and randomized Gauss-Newton method. Some new randomized iterative algorithm for the inverse problem will be proposed to ensure the fast convergence before the stopping condition is fulfilled. These algorithms will be applied to computed tomography and other problems.
反问题的大规模计算在信号处理、CT成像、机器学习、参数识别等领域具有广泛的应用,其具有反问题的不适定性和计算规模大的困难。本项目主要研究该类反问题的随机正则化方法,将反问题的正则化方法与随机性算法进行结合处理反问题的大规模计算问题。为了处理反问题的不适定性,我们采用变分正则化或者迭代正则化;为了减少计算代价,我们采用随机替代函数方法或者随机梯度下降等随机优化算法。首先我们研究线性反问题采用随机替代函数后的变分正则化理论,包括正则化参数的选择,正则化解的收敛性和最佳收敛阶。其次对于反问题的随机梯度下降和随机Gauss-Newton方法我们给出合适的方差控制技术以及恰当的停机准则,使该随机迭代方法具有期望意义下的正则化效应。最后我们通过研究误差的初始传播情况,结合迭代正则化的早停机策略,构造适用于反问题的随机迭代方法,并将其应用于CT成像等具体问题中。

结项摘要

不适定反问题在信号处理,机器学习,图像恢复,高维统计数据分析,微分方程参数识别等领域有着广阔的应用。本项目主要研究正则化方法的理论和应用,在反问题的正则化理论、带稀疏约束线性回归问题的快速计算方法和应用、机器学习中的模型和算法中取得了一系列有意义的成果。给出了随机梯度下降方法的正则化效应,在变分正则化中建立启发式参数选择方法,给出了稀疏约束问题的牛顿型算法,并分析了深度学习求解偏微分方程的误差阶,在项目的支持下,在相关领域的主流期刊上发表了22篇论文。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
On the regularizing property of stochastic gradient descent
关于随机梯度下降的正则化性质
  • DOI:
    10.1088/1361-6420/aaea2a
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Inverse Problems
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Jin Bangti;Lu Xiliang
  • 通讯作者:
    Lu Xiliang
An Efficient Variational Model for Multiplicative Noise Removal
乘性噪声消除的有效变分模型
  • DOI:
    10.4208/nmtma.oa-2021-0065
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Numerical Mathematics Theory, Methods and Applications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liu Min;Lu Xiliang
  • 通讯作者:
    Lu Xiliang
Convergence Rate Analysis for Deep Ritz Method
Deep Ritz 方法的收敛率分析
  • DOI:
    10.4208/cicp.oa-2021-0195
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Communications in Computational Physics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Chenguang Duan;Yuling Jiao;Yanming Lai;Dingwei Li;Xiliang Lu;Jerry Zhijian Yang
  • 通讯作者:
    Jerry Zhijian Yang
Deep Ritz Methods for Laplace Equations with Dirichlet Boundary Condition
具有狄利克雷边界条件的拉普拉斯方程的 Deep Ritz 方法
  • DOI:
    10.4208/csiam-am.so-2021-0043
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    CSIAM Transactions on Applied Mathematics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chenguang Duan;Yuling Jiao;Yanming Lai;Xiliang Lu;Qimeng Quan;Jerry Zhijian Yang
  • 通讯作者:
    Jerry Zhijian Yang
Sparse signal recovery from phaseless measurements via hard thresholding pursuit
通过硬阈值追踪从无相测量中恢复稀疏信号
  • DOI:
    10.1016/j.acha.2021.10.002
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Applied and Computational Harmonic Analysis
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Jian-Feng Cai;Jingzhi Li;Xiliang Lu;Juntao You
  • 通讯作者:
    Juntao You

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其他文献

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反问题变分正则化方法的优化和离散误差估计
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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