多集合分裂可行问题的投影算法研究

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分裂可行问题产生于工程实践,是一类重要的最优化问题,在生物学、医学、信号处理和图像重建等领域中有着广泛的应用。多集合分裂可行问题即寻找与一族非空闭凸集距离最近的点,使得该点在线性变换下的像与另一族非空闭凸集的距离最近。人们先后提出了多种求解多集合分裂可行问题的优化算法,其中投影算法构造简洁,具有良好的可行性,是一类基本且重要的方法。  本文主要探讨求解多集合分裂可行问题的投影算法。主要创新工作如下:  (1)提出了基于求解分裂可行问题的投影算法,新算法不需要计算矩阵谱半径,并且在迭代过程中,不用反复从初始值开始计算来选取步长,进而减小计算的工作量,提高算法的运算效率。同时该算法具有较好的稳定性,还给出了算法的全局收敛性证明,并且进行了数值试验,数值试验结果表明该算法具有较快的收敛速度与良好的可行性。  (2)基于求解分裂可行问题的不精确投影算法,推广到多集合分裂可行问题的求解,给出了求解多集合分裂可行问题的不精确投影算法。首先,利用到包含给定闭凸集的半空间上的投影代替到闭凸集上的投影,投影更容易计算。其次,利用Armijo-like搜索来获取步长代替原来的恒定步长,并且利用得到的迭代步作为一个预测步,再进行一次校正。给出了预测校正不精确投影算法,该算法不需要计算矩阵的范数和最大特征值。新算法仍具有全局收敛性,最后给出了算法的数值试验结果,实验结果表明改进的算法是可行有效的。  (3)根据KM迭代进一步给出了自适应不精确投影算法,使得目标函数在每一步迭代过程中充分地减小。还证明了算法的全局收敛性,并对算法进行了数值试验,表明了该算法具有良好的可行性与较快的收敛速度。
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