Flexible Krylov Subspace Projection Methods for Inverse Problems
Flexible Krylov Subspace Projection Methods for Inverse Problems
批准号:
1819042
负责人:
James Nagy
金额:
$30.66万
依托单位:
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2018
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2018-07-01 至 2022-06-30
中文摘要
在许多科学和工程应用中,求解逆问题是必要的;也就是说,通过间接测量来确定定义一个物体或一个系统的量。在x射线计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)等设备中用于生成图像的数学就是很好的例子。描述反问题的数学模型通常是如此复杂,以至于不可能找到一个精确的解析解,并且有必要使用基于一组更简单方程的近似。然而,可能需要许多方程;例如,在医学成像中,通过解决数百万个方程来计算近似值并不罕见。由于反问题可能有无限多个解,或者如果间接测量中存在小误差,解可能会发生巨大变化,因此会出现额外的复杂性。因此,需要额外的约束和数学工具(通常称为正则化)来将搜索范围缩小到一组适当的可行解,并稳定计算。正则化的类型和数量取决于问题,要求算法能够轻松地适应用户和/或问题规范。该项目的目的是开发一个灵活和适应性强的计算平台,可用于这类重要的问题,这些问题出现在许多应用领域,包括空间物体识别、地球物理学、显微镜和医学成像。因此,该项目取得的进展有可能有益于国防、能源勘探和人类健康。将发展计算大规模离散病态反问题正则解的有效迭代方法。该方法将使用灵活的Krylov子空间迭代方法,并将利用数据、解和算子的低秩结构。该方法将允许合并各种正则化技术,包括解决方案上的稀疏和低秩约束。该项目中开发的方法可以用作获得病态逆问题近似解的工具,优化实现将包含在一个名为IRTools(迭代正则化工具)的新MATLAB包中。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
英文摘要
In many scientific and engineering applications, it is necessary tosolve an inverse problem; that is, to determine quantities defining anobject or a system through indirect measurements. The mathematicsused to produce images in devices such as X-Ray Computed Tomography(CT) and Magnetic Resonance Imaging (MRI) are excellent examples. Themathematical models describing an inverse problem are often socomplicated that it is not possible to find an exact analyticalsolution, and it is necessary to use an approximation based on a setof simpler equations. However, many equations may be needed; inmedical imaging, for example, it is not unusual to computeapproximations by solving millions of equations. Additionalcomplications arise because an inverse problem may have infinitelymany solutions, or the solutions may change dramatically if there aresmall errors in the indirect measurements. Thus, additionalconstraints and mathematical tools (often referred to asregularization) are needed to narrow the search to a set ofappropriate feasible solutions, and to stabilize the computations.The type and amount of regularization is problem dependent, requiringthe algorithms to be able to easily adapt to user and/or problemspecifications. The aim of this project is develop a flexible andadaptable computational platform that can be used for this importantclass of problems, which arise in many application areas, includingspace object identification, geophysics, microscopy and medicalimaging. Thus advancements made from this project have the potential tobenefit national defense, energy exploration, and human health. Efficient iterative methods to compute regularized solutions oflarge-scale discrete ill-posed inverse problems will be developed.The approach will use flexible Krylov subspace iterative methods, andwill exploit low-rank structure of data, solutions and operators. Theapproach will allow to incorporate a variety of regularizationtechniques, including sparse and low-rank constraints on the solution.The methods developed in this project can be used as tools to obtainapproximate solutions of ill-posed inverse problems, and optimizedimplementations will be included in a new MATLAB package called IRTools (Iterative Regularization Tools).This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
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DOI:
10.1109/tci.2019.2948784
发表时间:
2018-12
期刊:
IEEE Transactions on Computational Imaging
影响因子:
5.4
作者:
[James Herring;J. Nagy;Lars Ruthotto]
通讯作者:
James Herring;J. Nagy;Lars Ruthotto
DOI:
10.1088/1361-6420/ac64fb
发表时间:
2021-01
期刊:
Inverse Problems
影响因子:
2.1
作者:
[Chao Wang;M. Tao;Chen-Nee Chuah;J. Nagy;Y. Lou]
通讯作者:
Chao Wang;M. Tao;Chen-Nee Chuah;J. Nagy;Y. Lou
DOI:
10.1088/1361-6420/abb299
发表时间:
2019-12
期刊:
Inverse Problems
影响因子:
2.1
作者:
[S. Gazzola;M. Kilmer;J. Nagy;O. Semerci;E. Miller]
通讯作者:
S. Gazzola;M. Kilmer;J. Nagy;O. Semerci;E. Miller
DOI:
10.1002/nla.2278
发表时间:
2019-01
期刊:
Numerical Linear Algebra with Applications
影响因子:
4.3
作者:
[Zixuan Chen;J. Nagy;Yuanzhe Xi;Bo Yu]
通讯作者:
Zixuan Chen;J. Nagy;Yuanzhe Xi;Bo Yu
DOI:
10.1137/19m1302727
发表时间:
2020-01-01
期刊:
SIAM JOURNAL ON MATRIX ANALYSIS AND APPLICATIONS
影响因子:
1.5
作者:
[Gazzola, Silvia, Meng, Chang, Nagy, James G.]
通讯作者:
Nagy, James G.
共 13 条
Mixed Precision Arithmetic for Large Scale Linear Inverse Problems
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批准号:2208294
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$34.66万
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财政年份:2022
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负责人:James Nagy
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依托单位:
RTG: Computational Mathematics for Data Science
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批准号:2038118
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$132.02万
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财政年份:2021
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负责人:James Nagy
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依托单位:
Gene Golub SIAM Summer School: Data Sparse Approximations and Algorithms
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批准号:1712970
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$1.0万
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财政年份:2017
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负责人:James Nagy
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依托单位:
Algorithms for Inverse Problems that Exploit Kronecker Product and Tensor Structures
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批准号:1522760
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$29.99万
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财政年份:2015
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负责人:James Nagy
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依托单位:
Multispectral Tomosynthesis Imaging: Mathematical Models, Algorithms and Software
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批准号:1115627
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$27.0万
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财政年份:2011
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负责人:James Nagy
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依托单位:
Numerical optimization for large-scale experimental design of ill-posed inverse problems
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批准号:0915121
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$32.68万
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财政年份:2009
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负责人:James Nagy
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依托单位:
Structured Nonlinear Least Squares Problems in Biomedical and Biomolecular Imaging
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批准号:0811031
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$29.74万
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财政年份:2008
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负责人:James Nagy
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依托单位:
Images Degraded by Nonlinear Motion Blurs: Mathematical Models, Algorithms and Applications
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批准号:0511454
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$26.64万
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财政年份:2005
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负责人:James Nagy
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依托单位:
Iterative Methods in Image Reconstruction
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批准号:0075239
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$13.0万
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财政年份:2001
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负责人:James Nagy
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依托单位:
Linear Algebra: Theory, Applications, and Computation
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批准号:9814331
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$0.97万
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财政年份:1998
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负责人:James Nagy
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依托单位:
Mathematical Sciences: Postdoctoral Research Fellowship
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批准号:9407447
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项目类别:Fellowship Award
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资助金额:$7.5万
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财政年份:1994
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负责人:James Nagy
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依托单位:
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基于有理Krylov子空间法和乘法型正则化约束的瞬变电磁三维正反演研究
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批准号:--
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:高敬语
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依托单位:
电磁勘探中大型多位移多右端向量线性系统的位移-块Krylov子空间方法研究
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批准号:12001059
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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负责人:孙东霖
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依托单位:
大规模优化问题的 Krylov 子空间算法
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批准号:11971118
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2019
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负责人:杨卫红
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依托单位:
鲁棒波束形成技术的Krylov子空间理论与算法研究
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批准号:61801368
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2018
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负责人:张明
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依托单位:
基于Rational Krylov法和小波域稀疏约束的时间域海洋电磁三维正反演研究
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批准号:41804098
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2018
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负责人:张博
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依托单位:
求解标准形式的大规模离散不适定问题的Krylov迭代法正则化理论和算法
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批准号:11771249
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.0万元
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批准年份:2017
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负责人:贾仲孝
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依托单位:
Krylov子空间方法及在基于图像的生物特征识别中的应用
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批准号:11601347
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2016
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负责人:王炫盛
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依托单位:
有理 Krylov 子空间算法的最优参数选取
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批准号:11526166
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项目类别:数学天元基金项目
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资助金额:3.0万元
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批准年份:2015
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负责人:林一丁
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依托单位:
非均匀环境下Krylov子空间多通道信号检测理论与方法
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批准号:61271009
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项目类别:面上项目
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资助金额:70.0万元
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批准年份:2012
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负责人:江朝抒
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依托单位:
基于电磁散射的多右端向量线性方程组的块Krylov子空间方法
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批准号:11201055
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2012
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负责人:荆燕飞
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依托单位: