再生核空间中的随机采样与重构算法
批准号:
12101169
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李亚旭
依托单位:
学科分类:
调和分析与逼近论
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李亚旭
中文摘要
采样理论研究如何从采样点上的采样值重构或逼近原始信号。随机采样是指采样点从定义在有界区域上的概率分布中独立随机选取,采样值视采样设备的特点和性能而定,可能是在采样点的信号值、在采样点附近信号的某种加权平均值等。本项目研究再生核空间中的随机采样与重构问题,可概括为三个方面:(1)对不同类型的采样值,分析随机采样方法的稳定性;(2)提出相应的重构算法,使得可从有限个随机采样值重构或逼近原始信号,并分析重构算法的收敛速度、稳定性以及采样量与取得相应重构误差的概率之间的关系;(3)对信号进行统计推断,包括对原始信号的假设检验和对重构信号的统计性质分析。本项目综合利用信号分析、逼近论和统计推断等方面的知识对上述问题做出研究。这些研究将会丰富随机采样的数学理论,同时也为现实中相关问题的数值模拟与计算提供理论与算法支撑。
英文摘要
The sampling theory seeks to reconstruct or approximate the original signal from sampling values on sampling points. In random sampling, the sampling points are chosen independently from some probability distribution defined on certain bounded domain and the sampling values, depending on the characteristics and performance of sampling devices, may be the signal values on sampling points, the average values of the signal around sampling points, etc. This project studies random sampling and reconstruction in reproducing kernel spaces, which can be divided into three aspects: (1) the stability of random sampling for different available sampling values; (2) the corresponding algorithms that reconstruct or approximate the original signal from finitely many random sampling values, and the performance of the proposed algorithms, such as, stability, convergence rate, the relationship between the sampling size and the probability of achieving corresponding reconstruction error; (3) the statistical inference of the signal, including the hypothesis test of the original signal and the statistical analysis of the reconstructed signal. The knowledge of signal analysis, approximation theory and statistical inference will be used to study the above problems. These studies will enrich the mathematical theory of random sampling, and provide theoretical and algorithmic support for the numerical simulation and calculation of related problems in reality.
在数据科学等众多领域都面临着从数据中学习的问题。从随机采样数据重构原始信号是此类问题中有代表性的一个。本项目结合调和分析、函数逼近和概率统计,对再生核空间中的随机采样与重构问题进行了系统的研究。. 项目研究了混合范数再生核空间中的(随机)采样与重构问题。混合范数空间允许对不同性质的变量考虑相应的可积性,更适合对定义在两种或多种不同类型(性质)的集合上的信号建模。依据采样区域为整个度量测度空间或其(有界)子集,分别考虑了多种情形下的采样与重构。建立了采样不等式以刻画采样的稳定性;提出了迭代重构算法以从采样数据重构原始信号,并分析了重构算法的收敛速度。. 在上述研究中,采样值均为信号在采样点上的值,或受噪声污染的信号值。项目也对可获取的采样值是信号在采样点附近的某种平均值时的情形进行了讨论。通过建立双利普希茨型的加权采样不等式来研究该采样的稳定性,这种类型的稳定性可以导出传统意义下的采样不等式。提出了有效的迭代算法,其能从带有随机性的采样数据重构能量集中信号,重构的相对误差可控;估计了采样不等式和重构误差成立的概率与采样量的关系。. 此外,本项目还考虑了缺失采样值时的信号重构问题,即当采样数据仅有随机采样点构成时该如何重构原始信号的问题。提出了一种两步估计方法,使得可从带噪声的强混合的观测数据中重构感兴趣的信号,分析了重构信号的统计性质。. 总体来说,项目针对不同类型的采样数据,考虑了随机采样的稳定性,提出了有效的重构算法,分析了算法的表现性能。本项目的研究丰富了随机采样的数学理论,同时也为现实中相关问题的解决提供了理论与算法支撑。
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