Skip to main content

2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

Hessian Initialization Strategies for \(\ell \)-BFGS Solving Non-linear Inverse Problems

verfasst von : Hari Om Aggrawal, Jan Modersitzki

Erschienen in: Scale Space and Variational Methods in Computer Vision

Verlag: Springer International Publishing

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

\(\ell \)-BFGS  is the state-of-the-art optimization method for many large scale inverse problems. It has a small memory footprint and achieves superlinear convergence. The method approximates Hessian based on an initial approximation and an update rule that models current local curvature information. The initial approximation greatly affects the scaling of a search direction and the overall convergence of the method.
We propose a novel, simple, and effective way to initialize the Hessian. Typically, the objective function is a sum of a data-fidelity term and a regularizer. Often, the Hessian of the data-fidelity is computationally challenging, but the regularizer’s Hessian is easy to compute. We replace the Hessian of the data-fidelity with a scalar and keep the Hessian of the regularizer to initialize the Hessian approximation at every iteration. The scalar satisfies the secant equation in the sense of ordinary and total least squares and geometric mean regression.
Our new strategy not only leads to faster convergence, but the quality of the numerical solutions is generally superior to simple scaling based strategies. Specifically, the proposed schemes based on ordinary least squares formulation and geometric mean regression outperform the state-of-the-art schemes.
The implementation of our strategy requires only a small change of a standard \(\ell \)-BFGS  code. Our experiments on convex quadratic problems and non-convex image registration problems confirm the effectiveness of the proposed approach.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
9.
Zurück zum Zitat Heldmann, S.: Non-linear Registration Based on Mutual Information Theory, Numerics, and Application. Logos-Verl, Berlin (2006) Heldmann, S.: Non-linear Registration Based on Mutual Information Theory, Numerics, and Application. Logos-Verl, Berlin (2006)
10.
Zurück zum Zitat Jiang, L., Byrd, R.H., Eskow, E., Schnabel, R.B.: Preconditioned L-BFGS algorithm with application to molecular energy minimization. Technical report, Colorado University at Boulder, Department of Computer Science (2004) Jiang, L., Byrd, R.H., Eskow, E., Schnabel, R.B.: Preconditioned L-BFGS algorithm with application to molecular energy minimization. Technical report, Colorado University at Boulder, Department of Computer Science (2004)
14.
Zurück zum Zitat Modersitzki, J.: FAIR: Flexible Algorithms for Image Registration. SIAM, Philadelphia (2009)CrossRef Modersitzki, J.: FAIR: Flexible Algorithms for Image Registration. SIAM, Philadelphia (2009)CrossRef
Metadaten
Titel
Hessian Initialization Strategies for -BFGS Solving Non-linear Inverse Problems
verfasst von
Hari Om Aggrawal
Jan Modersitzki
Copyright-Jahr
2021
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-75549-2_18