2022-3-23 VectorXd 初始化变量 长度

博客讨论了在C++中使用VectorXd进行初始化时遇到的内存溢出问题。通过示例代码展示了如何正确初始化VectorXd对象`startj`和`goalj`,并解释了不指定初始长度导致的运行时错误——段错误,核心已转储。解决方法是为向量指定合适的初始大小以避免内存溢出。
    VectorXd startj(6),goalj(6);

    startj << 0,0,0,0,0,0;
    cout << " test .... " << endl<<endl;
    goalj << M_PI/2,M_PI/3,M_PI/4,M_PI/6,M_PI/5,M_PI;
不加 初始长度,则存入数据时内存溢出  VectorXd startj,goalj;

编译可以通过,运行时报错:段错误,核心已转储

### C++ 实现 WPTAR-ADMM 算法的步骤与代码示例 WPTAR-ADMM 是一种结合小波包变换(Wavelet Packet Transform, WPT)和交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers, ADMM)的算法,用于稀疏信号恢复、图像去噪等任务。以下是实现该算法的步骤和代码示例。 #### 1. 算法概述 WPTAR-ADMM 的核心思想是将信号分解为小波包域中的稀疏表示,并通过 ADMM 框架求解优化问题。其目标函数通常可以写为: \[ \min_{x,z} \frac{1}{2} \| Ax - b \|_2^2 + \lambda \| z \|_1 \quad \text{s.t.} \quad x = W^{-1}z, \] 其中 \(A\) 是测量矩阵,\(b\) 是观测值,\(W\) 是小波包变换矩阵,\(\lambda\) 是正则化参数。 为了简化求解,引入辅助变量 \(z\) 表示小波包系数,优化问题可以转化为: \[ \min_{x,z} \frac{1}{2} \| Ax - b \|_2^2 + \lambda \| z \|_1 \quad \text{s.t.} \quad x = W^{-1}z. \] 通过 ADMM 方法,将问题分解为三个子问题:更新 \(x\)、更新 \(z\) 和更新对偶变量 \(y\)。 --- #### 2. C++ 实现步骤 ##### (1) 初始化变量 定义所有需要的变量,包括原始信号 \(x\)、小波包系数 \(z\)、对偶变量 \(y\)、测量矩阵 \(A\) 和观测值 \(b\)。 ```cpp #include <Eigen/Dense> #include <iostream> using namespace Eigen; using namespace std; int main() { // 参数设置 int N = 100; // 信号长度 int M = 50; // 测量数 double lambda = 0.1; // 正则化参数 double rho = 1.0; // ADMM 参数 // 初始化矩阵和向量 MatrixXd A = MatrixXd::Random(M, N); // 测量矩阵 VectorXd b = VectorXd::Random(M); // 观测值 VectorXd x = VectorXd::Zero(N); // 原始信号 VectorXd z = VectorXd::Zero(N); // 小波包系数 VectorXd y = VectorXd::Zero(N); // 对偶变量 // 小波包变换矩阵 W 和逆变换矩阵 W_inv MatrixXd W = MatrixXd::Identity(N, N); // 示例中假设 W 为单位矩阵 MatrixXd W_inv = MatrixXd::Identity(N, N); // 迭代次数 int max_iter = 100; ``` ##### (2) 更新 \(x\) 通过最小化目标函数中的二次项更新 \(x\): \[ x^{k+1} = \arg\min_x \frac{1}{2} \| Ax - b \|_2^2 + \frac{\rho}{2} \| x - W^{-1}z^k + y^k / \rho \|_2^2. \] 这是一个凸二次优化问题,可以通过解析解计算: \[ x^{k+1} = (A^T A + \rho I)^{-1} (A^T b + \rho (W^{-1}z^k - y^k / \rho)). \] ```cpp for (int iter = 0; iter < max_iter; ++iter) { // 更新 x MatrixXd ATA = A.transpose() * A; MatrixXd ATb = A.transpose() * b; VectorXd temp_x = W_inv * z - y / rho; x = (ATA + rho * MatrixXd::Identity(N, N)).ldlt().solve(ATb + rho * temp_x); ``` ##### (3) 更新 \(z\) 通过最小化目标函数中的 \(L_1\) 范数项更新 \(z\): \[ z^{k+1} = \arg\min_z \lambda \| z \|_1 + \frac{\rho}{2} \| Wx^{k+1} - z + y^k / \rho \|_2^2. \] 这可以通过软阈值算子(Soft Thresholding Operator)计算: \[ z^{k+1} = S_{\lambda/\rho}(Wx^{k+1} + y^k / \rho), \] 其中软阈值算子定义为: \[ S_\tau(u) = \begin{cases} u - \tau, & u > \tau, \\ u + \tau, & u < -\tau, \\ 0, & |u| \leq \tau. \end{cases} \] ```cpp // 更新 z VectorXd soft_threshold(VectorXd u, double tau) { return u.array().sign() * (u.array().abs() - tau).max(0.0); } VectorXd temp_z = W * x + y / rho; z = soft_threshold(temp_z, lambda / rho); ``` ##### (4) 更新对偶变量 \(y\) 通过以下公式更新对偶变量 \(y\): \[ y^{k+1} = y^k + \rho (Wx^{k+1} - z^{k+1}). \] ```cpp // 更新 y y += rho * (W * x - z); } // 输出结果 cout << "Reconstructed signal: " << x.transpose() << endl; return 0; } ``` --- #### 3. 注意事项 - **小波包变换矩阵 \(W\)**:在实际应用中,\(W\) 可能是一个复杂的变换矩阵,需要使用专门的小波包库(如FFTW或PyWavelets)生成。 - **性能优化**:对于大规模问题,矩阵求逆可能成为瓶颈,可以使用共轭梯度法(Conjugate Gradient, CG)代替直接求逆。 - **参数选择**:\(\lambda\) 和 \(\rho\) 的选择会影响收敛速度和解的质量,通常需要通过实验调整[^1]。 --- ###
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