FAASTA: A fast solver for total-variation regularization of ill-conditioned problems with application to brain imaging - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2015

FAASTA: A fast solver for total-variation regularization of ill-conditioned problems with application to brain imaging

Résumé

The total variation (TV) penalty, as many other analysis-sparsity problems, does not lead to separable factors or a proximal operator with a closed-form expression, such as soft thresholding for the $\ell_1$ penalty. As a result, in a variational formulation of an inverse problem or statistical learning estimation, it leads to challenging non-smooth optimization problems that are often solved with elaborate single-step first-order methods. When the data-fit term arises from empirical measurements, as in brain imaging, it is often very ill-conditioned and without simple structure. In this situation, in proximal splitting methods, the computation cost of the gradient step can easily dominate each iteration. Thus it is beneficial to minimize the number of gradient steps. We present fAASTA, a variant of FISTA, that relies on an internal solver for the TV proximal operator, and refines its tolerance to balance computational cost of the gradient and the proximal steps. We give benchmarks and illustrations on ``brain decoding'': recovering brain maps from noisy measurements to predict observed behavior. The algorithm as well as the empirical study of convergence speed are valuable for any non-exact proximal operator, in particular analysis-sparsity problems.
Il n'y a pas de formule analytique pour résoudre les problèmes de débruitage avec pénalité en variation totale, tout comme pour beaucoup d'autres problèmes de parcimonie en analyse. En conséquence, son utilisation pour régulariser un problème inverse conduit à de difficiles problèmes d'optimisation, qui sont souvent résolus par des méthodes de premier ordre. Cependant, lorsque le terme d'attache aux données est très mal conditionné et sans structure simple, comme en imagerie cérébrale, son optimisation est coûteuse. Il convient alors de minimiser le nombre d'itérations globales. Nous présentons pour cela fAASTA, une variante de FISTA qui utilise une optimisation interne pour l'opérateur proximal avec une tolérance adaptative. Nous illustrons son intérêt sur une étude empirique d'un problème de "décodage cérébral".
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Dates et versions

hal-01247388 , version 1 (21-12-2015)

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Paternité - Pas de modifications

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Citer

Gaël Varoquaux, Michael Eickenberg, Elvis Dohmatob, Bertand Thirion. FAASTA: A fast solver for total-variation regularization of ill-conditioned problems with application to brain imaging. Colloque GRETSI, P. Gonçalves, P. Abry, Sep 2015, Lyon, France. ⟨hal-01247388⟩
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