基于MATLAB的压缩感知和稀疏表示恢复算法中的L1同伦算法实现。该算法通过逐步减小正则化参数来求解L1范数最小化问题,适用于稀疏信号的恢复。
MATLAB代码实现
1. L1同伦算法函数
matlab
function x = l1_homotopy(y, A, lambda_max, tol, max_iter)
% L1同伦算法
% 输入参数:
% y - 测量值
% A - 测量矩阵
% lambda_max - 最大正则化参数
% tol - 收敛容差
% max_iter - 最大迭代次数
% 输出:
% x - 恢复的稀疏信号
% 初始化
[m, n] = size(A);
x = zeros(n, 1); % 初始化信号
lambda = lambda_max;
r = y - A * x; % 残差
v = A' * r; % 梯度
% 同伦路径
for iter = 1:max_iter
% 更新x
x = soft_threshold(x + v / lambda, 1 / lambda);
% 更新残差和梯度
r = y - A * x;
v = A' * r;
% 检查收敛
if norm(v, 'inf') < tol
break;
end
% 更新lambda
lambda = lambda / 2;
end
end
% 软阈值函数
function x = soft_threshold(x, threshold)
x = sign(x) .* max(abs(x) - threshold, 0);
end
2. 主程序
matlab
% 主程序
clc;
clear;
% 参数设置
n = 256; % 信号长度
k = 10; % 稀疏度
m = 60; % 测量数
lambda_max = 1e2; % 最大正则化参数
tol = 1e-4; % 收敛容差
max_iter = 1000; % 最大迭代次数
% 生成稀疏信号
x_true = zeros(n, 1);
x_true(randperm(n, k)) = randn(k, 1); % 随机生成k个非零元素
% 生成测量矩阵
A = randn(m, n) / sqrt(m); % 随机高斯矩阵
% 生成测量值
y = A * x_true;
% L1同伦算法恢复信号
x_recovered = l1_homotopy(y, A, lambda_max, tol, max_iter);
% 绘制结果
figure;
subplot(2, 1, 1);
stem(x_true);
title('原始稀疏信号');
xlabel('索引');
ylabel('幅度');
subplot(2, 1, 2);
stem(x_recovered);
title('恢复的稀疏信号');
xlabel('索引');
ylabel('幅度');
说明
- L1同伦算法 :
- 通过逐步减小正则化参数
lambda,逐步逼近稀疏信号。 - 使用软阈值操作来实现L1范数的最小化。
- 通过逐步减小正则化参数
- 主程序 :
- 生成一个稀疏信号,并通过随机高斯矩阵进行测量。
- 使用L1同伦算法恢复信号,并绘制原始信号和恢复信号的对比图。
参考项目 压缩感知和稀疏表示恢复算法中的L1同伦算法 youwenfan.com/contentcso/78634.html
注意
- 参数选择 :
lambda_max:初始正则化参数,通常设置为较大的值。tol:收敛容差,控制算法的精度。max_iter:最大迭代次数,防止算法陷入无限循环。
- 测量矩阵 :
- 在实际应用中,测量矩阵
A应满足受限等距性质(RIP),以保证稀疏信号的准确恢复。
- 在实际应用中,测量矩阵