矩阵填充算法研究与应用
本文关键词: 矩阵填充 低秩矩阵 图像修复 推荐系统 填充算法 出处:《云南师范大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:在许多机器学习应用中,数据可以通过一个矩阵进行表示,在某些情况下的部分元素缺失了或者无法得到,造成只能观察到的部分元素。矩阵填充问题是研究如何从低秩或近似低秩矩阵的已知元素合理准确地恢复出该矩阵的其他未知元素。近年来,关于该问题的算法和理论研究成为相关领域的一个研究热点,尤其在图像处理、推荐系统等领域有显著的应用价值。虽然已有大量经典算法可以被应用于求解矩阵填充问题,但是在处理真实数据时,准确性往往不够理想。在本文中,我们从理论分析到具体的应用对矩阵填充算法进行了一个系统的研究。总的来说,本文的贡献主要如下:(1)针对核范数过度收缩秩成分及用同一个值收缩每一个奇异值,设计和实现了一种填充精度高的矩阵填充算法,称为截断schatten p-范数正则化矩阵填充算法(MC-TSNR),它结合了截断核范数和schatten p-范数的优点,提高了核范数的灵活度。随后,采用方向交替乘子法对上述算法进行求解。我们将提出的算法用于图像修复,并在真实数据集上进行一系列的实验验证,实验结果证明了MC-TSNR算法的良好填充性能。(2)针对评分数据的群聚特性,提出一种基于评分相似性的群稀疏矩阵分解推荐算法(SSMF-GS)。该模型首先根据用户的评分行为,对评分数据矩阵进行分群,获得相似用户群评分矩阵;然后通过SSMF-GS算法对相似用户群评分矩阵进行群稀疏矩阵分解;最后采用交替优化算法对模型进行求解。该模型可以筛选出不同用户群的偏好潜在项目特征,提升了潜在特征的可解释性。我们在GroupLens网站上提供的MovieLens数据集上进行仿真实验。实验结果表明:SSMF-GS算法可以显著提高预测精度,平均绝对误差(MAE)及均方根误差(RMSE)指标均表现出良好的性能。
[Abstract]:In many machine learning applications, data can be represented by a matrix, and in some cases some elements are missing or unavailable. The matrix filling problem is to study how to recover the other unknown elements of the matrix reasonably and accurately from the known elements of the low rank or approximate low rank matrix. The algorithm and theory research on this problem has become a research hotspot in related fields, especially in image processing. Although there are a lot of classical algorithms can be used to solve matrix filling problem, the accuracy is often not good enough when dealing with real data. In this paper. We do a systematic research on matrix filling algorithm from theoretical analysis to concrete application. The main contributions of this paper are as follows: (1) A matrix filling algorithm with high filling accuracy is designed and implemented for the kernel-norm over-shrinking rank component and the contraction of each singular value with the same value. Called truncated schatten p-norm regularization matrix filling algorithm, it combines the advantages of truncated kernel norm and schatten p-norm. The flexibility of kernel norm is improved. Then the direction alternating multiplier method is used to solve the above algorithm. The proposed algorithm is used for image restoration and a series of experiments are carried out on the real data set. The experimental results show that the MC-TSNR algorithm has good filling performance. A group sparse matrix decomposition and recommendation algorithm based on score similarity is proposed. The model first classifies the score data matrix according to the user's rating behavior. Obtaining the score matrix of similar user groups; Then the similar user group score matrix is decomposed by SSMF-GS algorithm. In the end, the alternative optimization algorithm is used to solve the model, which can screen out the potential item characteristics of different user groups. The interpretability of potential features is enhanced. We conduct simulation experiments on the MovieLens data set provided on the GroupLens website. The experimental results show that:. SSMF-GS algorithm can significantly improve the prediction accuracy. Both mean absolute error (mae) and root mean square error (RMSE) showed good performance.
【学位授予单位】:云南师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP391.41
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,本文编号:1451268
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