FISTA algorithm
时间: 2024-01-06 13:05:25 AIGC 浏览: 337
FISTA算法是一种快速的迭代阈值收缩算法,全称为“A fast iterative shrinkage-thresholding algorithm”。它是在ISTA算法的基础上进行改进的,通过添加一个步长参数,使得算法的收敛速度更快。FISTA算法在图像处理、信号处理等领域有着广泛的应用,可以用于图像去噪、图像恢复等问题。
相关问题
Weighted FISTA
Weighted FISTA(Fast Iterative Shrinkage-Thresholding Algorithm)是一种用于解决稀疏优化问题的迭代算法。它是对FISTA算法的改进和扩展,通过引入权重来处理具有不同重要性的变量。
在稀疏优化问题中,我们希望找到一个稀疏解,即只有少数非零元素的解。Weighted FISTA通过在目标函数中引入权重,可以对不同变量进行加权处理。这样可以更好地适应实际问题中变量的重要性差异。
Weighted FISTA的迭代过程包括以下几个步骤:
1. 初始化:设置初始解和步长。
2. 迭代更新:根据当前解和步长计算下一次迭代的解。
3. 权重更新:根据当前解和目标函数的梯度计算权重的更新。
4. 步长更新:根据当前解和上一次迭代的解计算步长的更新。
5. 终止条件:根据预设的终止条件判断是否停止迭代。
Weighted FISTA在稀疏优化问题中具有较好的收敛性和稳定性,并且可以灵活地处理不同变量的重要性。它在信号处理、图像恢复、机器学习等领域有广泛的应用。
FISTA pytorch
### FISTA 实现概述
FISTA (Fast Iterative Shrinkage-Thresholding Algorithm) 是一种用于求解凸优化问题的有效方法,尤其适用于稀疏信号恢复等问题。在 PyTorch 中实现 FISTA 可以为机器学习模型提供更高效的参数更新机制[^1]。
下面是一个简单的 FISTA 算法在 PyTorch 中的实现示例:
```python
import torch
import numpy as np
def fista(x_init, A, b, L, max_iter=1000, tol=1e-6):
"""
使用 PyTorch 实现 FISTA 算法
参数:
x_init: 初始向量
A: 测量矩阵
b: 观测值
L: Lipschitz 常数
max_iter: 最大迭代次数
tol: 收敛公差
返回:
迭代后的最优解 x
"""
device = 'cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu'
dtype = torch.float32
# 将输入转换为张量并移动到指定设备上
x = torch.tensor(x_init, requires_grad=True, device=device, dtype=dtype)
t = 1.
z = x.clone()
for i in range(max_iter):
y = z.detach().clone()
# 计算梯度下降步
residual = torch.mm(A.t(), (torch.mm(A,y)-b))
grad = L * residual
new_z = soft_threshold(y - grad/L, 1./L)
# 更新惯性项
t_next = 0.5*(1.+np.sqrt(1.+4.*t**2))
z = new_z + ((t-1)/t_next)*(new_z-y)
# 检查收敛条件
if torch.norm(new_z-x).item()/max(torch.norm(x).item(), 1.) < tol:
break
x = new_z.clone()
t = t_next
return x.cpu().numpy()
def soft_threshold(v, gamma):
"""软阈值函数"""
return torch.sign(v)*torch.max(torch.abs(v)-gamma, torch.zeros_like(v))
# 初始化数据
A = torch.randn((m,n), device='cuda', dtype=torch.float32)
b = torch.rand(m, device='cuda', dtype=torch.float32)
x_true = torch.sparse.torch.eye(n)[torch.randint(low=0, high=n, size=(k,), dtype=torch.long)].sum(dim=0).to_dense()
b = torch.matmul(A,x_true)+0.01*torch.randn_like(b)
# 调用 FISTA 函数
result = fista(np.random.randn(n), A, b, L=max(eigvalsh(A.T @ A)))
print(f'Recovered signal norm difference {np.linalg.norm(result-np.array(x_true))}')
```
此代码展示了如何利用 PyTorch 的自动微分功能来简化 FISTA 的实现过程,并通过 GPU 加速提高计算效率[^1]。
阅读全文
相关推荐
















