Coupling PDE-Based Computational Inversion and Learning Via Weighted Optimization

通过加权优化耦合基于偏微分方程的计算反演和学习

基本信息

  • 批准号:
    2309802
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.95万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-07-01 至 2026-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This project aims at developing a mathematically rigorous computational framework to improve classical image reconstruction algorithms in several application areas, such as medical imaging and seismic imaging. Through intelligent utilization of the recent advances in deep learning techniques, the investigator plans to implement and analyze novel computational inversion methods that have the potential to be significantly more efficient than existing image reconstruction methods. This project also involves an integrated educational component that aims at training students at different levels. The investigator intends to organize a reading group for junior researchers to work on simplified problems from this project to enrich their research experiences. Research internships on the topics of this project will be offered to undergraduate students from the investigator's institution as well as some high school students in its surrounding area.The main technical novelty of the project lies in an efficient computational coupling strategy that integrates offline and online reconstruction algorithms to take their complementary advantages. The coupling is implemented with a weighted optimization method, a general framework to approximate novel objective functions such as those based on the Wasserstein metrics induced in optimal transport theory. In a nutshell, the proposed weighted optimization methods make it possible to reliably train neural networks to learn the dominant components (when represented in an appropriate basis) of an inverse operator. This learned approximate inverse is then utilized to improve model-based iterative inversion schemes. Specifically, the primary proposed research efforts in this project include three main components: (i) to develop a systematic understanding of the stability property of different components of inverse operators and design corresponding weighted optimization schemes to focus on such components in the learning process; (ii) to develop a general computational framework to couple the complementary benefits of learning and classical iterative reconstruction methods; and (iii) to characterize the impact of learning uncertainty on the reconstruction results from new data.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.
该项目旨在开发一个数学上严格的计算框架,以改进几个应用领域的经典图像重建算法,如医学成像和地震成像。通过智能地利用深度学习技术中的最新进展,研究人员计划实施和分析新的计算反演方法,这些方法有可能比现有的图像重建方法更有效。该项目还包括一个旨在培训不同级别学生的综合教育部分。研究人员打算为初级研究人员组织一个阅读小组,以解决这个项目中的简化问题,以丰富他们的研究经验。该项目将为研究机构的本科生以及周边地区的一些高中生提供研究实习机会。该项目的主要技术创新在于一种高效的计算耦合策略,该策略整合了离线和在线重建算法,以发挥它们的互补优势。这种耦合是通过加权最优化方法实现的,这是一种逼近新目标函数的通用框架,例如基于最优传输理论中引入的沃瑟斯坦度量的目标函数。简而言之,所提出的加权优化方法使得可靠地训练神经网络来学习逆算子的主要分量(当以适当的基来表示时)成为可能。这种学习的近似逆然后被用来改进基于模型的迭代反演方案。具体地说,该项目的主要拟议研究工作包括三个主要部分:(I)系统地了解逆算子不同组件的稳定性属性,并设计相应的加权优化方案,以关注学习过程中的这些组件;(Ii)开发一个通用计算框架,将学习的互补好处与经典迭代重建方法结合起来;以及(Iii)表征学习不确定性对新数据重建结果的影响。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Kui Ren其他文献

Jamming-Resistant Multiradio Multichannel Opportunistic Spectrum Access in Cognitive Radio Networks
认知无线电网络中的抗干扰多无线电多通道机会频谱接入
Comparison of Frequency-Domain Transport- and Diffusion-Based Reconstructions of Small Tissue Volumes
基于频域传输和扩散的小组织体积重建的比较
  • DOI:
    10.1364/bio.2006.sh31
  • 发表时间:
    2006
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Kui Ren;G. Bal;A. Hielscher
  • 通讯作者:
    A. Hielscher
Design and Evaluation of Fluctuating Power Logic to Mitigate Power Analysis at the Cell Level
波动功率逻辑的设计和评估,以减轻单元级的功率分析
Bipodal structure in oversaturated random graphs
过饱和随机图中的双足结构
  • DOI:
    10.1093/imrn/rnw261
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    R. Kenyon;C. Radin;Kui Ren;L. Sadun
  • 通讯作者:
    L. Sadun
VORTEX: Real-Time Off-Chain Payments and Cross-Chain Swaps for Cryptocurrencies
VORTEX:加密货币的实时链外支付和跨链交换
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Di Wu;Jian Liu;Zhengwei Hou;Wu Wen;Kui Ren
  • 通讯作者:
    Kui Ren

Kui Ren的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Kui Ren', 18)}}的其他基金

RTG: Research Training in Applied Mathematics at Columbia University
RTG:哥伦比亚大学应用数学研究培训
  • 批准号:
    1937254
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Inverse Problems and Imaging with Nonlinear Physics
非线性物理反演问题和成像
  • 批准号:
    1913309
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Hybrid Imaging with Acoustic and Optics: Efficient Computation via Constructive Analysis
声学和光学混合成像:通过构造性分析进行高效计算
  • 批准号:
    1620473
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Student Travel Support for the INFOCOM 2014 Conference
INFOCOM 2014 会议的学生旅行支持
  • 批准号:
    1417455
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NeTS: Small: Collaborative Research: Realizing Visual and Acoustic Near Field Communication Systems for Smartphones: Performance Optimization and Security Assurance
NeTS:小型:协作研究:实现智能手机视觉和声学近场通信系统:性能优化和安全保证
  • 批准号:
    1421903
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Computational Algorithms for Imaging, Design and Inverse Problems of Particle Propagation in Heterogeneous Media
异质介质中粒子传播的成像、设计和反问题的计算算法
  • 批准号:
    1321018
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NeTS: Small: Collaborative Research: Enabling Robust Communication in Cognitive Radio Networks with Multiple Lines of Defense
NeTS:小型:协作研究:在具有多道防线的认知无线电网络中实现稳健通信
  • 批准号:
    1318948
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Secure and Privacy-assured Data Service Outsourcing in Cloud Computing
职业:云计算中安全且有隐私保证的数据服务外包
  • 批准号:
    1262277
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
NeTS: Small: Collaborative Research: Mobile Content Distribution in Vehicular Ad Hoc Networks
NeTS:小型:协作研究:车载自组织网络中的移动内容分发
  • 批准号:
    1262275
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NeTS: Small: Collaborative Research: Mobile Content Distribution in Vehicular Ad Hoc Networks
NeTS:小型:协作研究:车载自组织网络中的移动内容分发
  • 批准号:
    1117811
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

PDE4D调控HMGB1乳酸化介导肝星状细胞和巨噬细胞相互作用在肝纤维化中的作用及机制研究
  • 批准号:
    JCZRYB202501318
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
槟榔碱介导PDE4A负调控JAK1/STAT1通路促进巨噬细胞M2极化加速口腔黏膜下纤 维化的机制研究
  • 批准号:
    2025JJ70603
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
PDE4DIP通过相分离调控肿瘤分泌重塑肿 瘤微环境介导结直肠癌PD-1耐药的机制 研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于低秩分解的时间依赖PDE问题的快速算法研究及其应用
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
PDE4D调控SIRT1/FOXO1轴介导PINK1依赖性线粒体自噬在压力超负荷致代偿性心肌肥厚中的作用及机制研究
  • 批准号:
    JCZRQN202500640
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于PDE4B/PD-L1轴探索VB-6促进黑素瘤免疫治疗疗效的作用机制及转化研究
  • 批准号:
    2025JJ80116
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
阿立哌唑靶向PDE4B调控NFκB通路协同R-CHOP治疗复发难治性大B细胞淋巴瘤的药物重定位研究
  • 批准号:
    JCZRLH202500596
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
新型PDE7/4双靶点抗酒精成瘾与酒精肝损伤的药物发现
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于超滤-液质联用与分子对接筛选鼠曲草抗PDE-4的活性成分
  • 批准号:
    2024Y9506
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目

相似海外基金

ATD: An Edge-Based PDE Paradigm and Inverse Analysis for Spatiotemporal Information Diffusion and Threat Detection
ATD:时空信息扩散和威胁检测的基于边缘的偏微分方程范式和逆分析
  • 批准号:
    2220373
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Analysis and Implementation of Parallel Solvers for PDE Based Mesh Generation and Coupled Systems
基于偏微分方程的网格生成和耦合系统并行求解器的分析与实现
  • 批准号:
    RGPIN-2018-04881
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Uncertainty Quantification in PDE-Based Modelling and Optimization
基于 PDE 的建模和优化中的不确定性量化
  • 批准号:
    RGPIN-2018-06592
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Simultaneous Optimum Design Method of Topology, Angle, and Multi-material Distribution based on a Time Dependent PDE
基于瞬态偏微分方程的拓扑、角度和多材料分布同时优化设计方法
  • 批准号:
    22K14168
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Uncertainty Quantification in PDE-Based Modelling and Optimization
基于 PDE 的建模和优化中的不确定性量化
  • 批准号:
    RGPIN-2018-06592
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Analysis and Implementation of Parallel Solvers for PDE Based Mesh Generation and Coupled Systems
基于偏微分方程的网格生成和耦合系统并行求解器的分析与实现
  • 批准号:
    RGPIN-2018-04881
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Defect detection method for orthotropic materials based on the point source constrained PDE
基于点源约束偏微分方程的正交各向异性材料缺陷检测方法
  • 批准号:
    21K04096
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Uncertainty Quantification in PDE-Based Modelling and Optimization
基于 PDE 的建模和优化中的不确定性量化
  • 批准号:
    RGPIN-2018-06592
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Analysis and Implementation of Parallel Solvers for PDE Based Mesh Generation and Coupled Systems
基于偏微分方程的网格生成和耦合系统并行求解器的分析与实现
  • 批准号:
    RGPIN-2018-04881
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Uncertainty Quantification in PDE-Based Modelling and Optimization
基于 PDE 的建模和优化中的不确定性量化
  • 批准号:
    RGPIN-2018-06592
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 40.95万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了