正规Toeplitz矩阵分类的一个简便证法

利用一种简便证法,证明了任何一个复正规Toeplitz矩阵可以分为两类:类型Ⅰ或类型Ⅱ。用同样的方法还证明了任何一个实正规Toeplitz矩阵,一定是以下四种类型之一:对称的;斜对称的;循环的和外循环的。

正规Toeplitz矩阵的分类

任何一个复正规Toeplitz矩阵可以分为两类 :类型Ⅰ或类型Ⅱ。本文给出了它的一个简便证法。用同样的方法 ,本文还证明了任何一个实正规Toeplitz矩阵一定是以下四种类型之一 :对称的 ;斜对称的 ;循环的和斜循环的。

矩阵空间M_(2)(C)中正规矩阵的表示形式及应用

正规矩阵是一种具有良好性质的特殊重要矩阵。根据正规矩阵的定义,利用矩阵运算、特征值及矩阵范数,研究了矩阵空间M_(2)(C)中正规矩阵的表示形式及几个典型应用。讨论了矩阵空间M_(2)(C)中由正规矩阵构成的标准正交基、正交基及基,深化了Pauli矩阵的性质,这些结果充实并完善了二阶正规矩阵的理论结果。

Fock正交补空间上亚正规对偶Toeplitz算子

Fock空间是由整函数构成的一类重要解析函数空间.由于与量子力学中的海森堡群表示理论相关,所以不仅在函数空间算子理论有着重要研究意义,还与量子力学的研究紧密相关.对偶Toeplitz算子也是算子理论研究内容之一,且与Toeplitz算子相互影响.算子的亚正规性,起源于Halmos的Hilbert空间问题集中的第5个问题,一直都是算子理论的重点研究内容之一.主要利用函数空间的结构和对偶Toeplitz算子的性质,刻画Fock空间的正交补空间上以(z-a)(z-b)为符号的对偶Toeplitz算子亚正规性,并得出其亚正规性等价于正规性,同时也探究了以调和多项式为符号的对偶Toeplitz算子是亚正规的一些必要条件.

四元数矩阵方程(A_(1)XB_(1),…,A_(k)XB_(k))=(C_(1),…,C_(k))的极小范数最小二乘Toeplitz解

基于四元数矩阵实表示,结合矩阵H-表示和矩阵半张量积提出一种求解四元数矩阵方程(A_(1)XB_(1),…,A_(k)XB_(k))=(C_(1),…,C_(k))的极小范数最小二乘Toeplitz解的有效方法,给出该四元数矩阵方程存在Toeplitz解的充要条件及通解表达式.给出数值算法并通过算例分别从误差与计算时间两个方面验证该方法的有效性.

正规三角矩阵余代数上的余导子

设C和D为余代数,M为C-D-双余模.该文给出了正规三角矩阵余代数T=(CM0D)上余导子的具体结构,并建立T的余导子与C、D和M上相关概念的具体关系.

四元数矩阵方程最小二乘Toeplitz解的半张量积方法

研究了四元数矩阵方程■的最小二乘Toeplitz解和Hermitian Toeplitz解的问题.联合使用四元数矩阵的实向量表示方法和矩阵的半张量积方法,将所研究的问题转化为实矩阵方程.根据Toeplitz矩阵以及Hermitian Toeplitz矩阵的结构特征,提取了矩阵中的有效元素,构造了新的解向量,降低了所研究问题的复杂度.得到了方程存在Toeplitz解和Hermitian Toeplitz解的条件,并给出Toeplitz解和Hermitian Toeplitz解的一般形式.通过数值算例说明了方法的精度和算法的可行性.

基于双重Toeplitz矩阵填充的阵元受损MIMO雷达DOA估计

在阵元受损下多输入多输出(Multiple Input Multiple Out,MIMO)雷达的虚拟阵列中存在虚拟阵元部分缺失,使得传统波达方向(Direction of Arriual,DOA)估计方法无法有效估计目标DOA。矩阵填充可以利用随机分布的少量采样元素恢复出完整矩阵,但阵元受损使得虚拟阵列协方差矩阵会出现结构性缺失数据,导致传统矩阵填充方法失效。为此,文中利用阵列协方差矩阵的双重Hermite Toeplitz结构和低秩特性,构建一种改进的低秩矩阵填充模型,并分别使用凸优化工具箱(CVX)和交替方向乘子法求解该模型获得完整的协方差矩阵,最后利用RD-ESPRIT算法获得目标的DOA估计值。仿真结果表明,文中的方法能对阵元受损带来的结构性缺失元素进行有效重构,从而提高了目标DOA估计性能。

两种新的Toeplitz矩阵填充加速临近梯度算法

本文提出了两种改进的Toeplitz矩阵填充加速临近梯度算法,使迭代矩阵每一步都保持Toeplitz结构,从而降低了奇异值分解时间。在理论上,证明了新算法在一些合理条件下的收敛性。同时,数值实验表明,在Toeplitz矩阵填充问题中,新算法比加速临近梯度(APG)算法在时间上有明显减少。

基于Toeplitz矩阵特征值分解的SAR图像舰船目标检测方法

合成孔径雷达(SAR)图像舰船目标检测一直是海洋监测领域的重要手段。经典的恒虚警率(CFAR)检测依赖于分布模型及多参数的准确估计,难以适应复杂多变的海面背景。新兴的信息几何舰船检测方法挖掘了目标与杂波的统计差异,实现舰船的显著性表示,但依然受限于背景杂波的精确建模。考虑到现有方法的局限性,本文提出了一种基于Toeplitz矩阵特征值分解的SAR图像舰船目标检测算法。在无需寻求背景杂波分布模型的前提下,通过构建Toeplitz矩阵,以其特征值均值为检验统计量,充分获取目标与背景杂波的差异。在高分三号卫星和TerraSAR-X卫星实测SAR图像上的实验结果证明,相比于现有的多种典型方法,本文方法取得了更优的检测性能与更快的计算速度。

Bergman空间上以拟齐次函数与径向函数的和函数为符号的Toeplitz算子的双正规性

本文刻画了Bergman空间上以拟齐次函数与径向函数的和函数为符号的Toeplitz算子的双正规性。

面向结构矩阵的可扩展并行矩阵乘算法框架

结构矩阵在科学计算和工程应用中具有重要作用,例如Cauchy、Toeplitz、Vandermonde和Hankel矩阵等。虽然这些矩阵都是稠密的,但只需要O(n)个参数(生成元)就可以表示,其中n为矩阵的维数。提出了面向结构矩阵的可扩展并行矩阵乘算法框架,利用矩阵生成元显式地构造各进程的局部矩阵块,从而减少通信开销;同时利用矩阵块的数值低秩性,进一步降低计算开销。因此,该算法框架可同时降低计算量和通信量,适用于Cannon、Fox和PUMMA等矩阵乘算法。在天河2巨型机上进行了大量的数值测试,测试结果表明,该算法可获得相对ScaLAPACK中的PDGEMM函数的8.96倍加速。

加权Bergman空间上具有调和符号的斜Toeplitz算子的正规性及亚正规性

本文对单位圆盘的加权Bergman空间上斜Toeplitz算子的正规性及亚正规性展开研究,得到了以有界解析函数、共轭解析函数及调和多项式函数为符号的斜Toeplitz算子是正规算子或亚正规算子的充要条件是其符号函数是零函数,当且仅当该类算子是零算子,也得到了该类算子的正规性和亚正规性是等价的。

一类特殊的Toeplitz矩阵行列式的计算

Toeplitz矩阵是结构矩阵的一种特殊形式,其研究在矩阵与计算数学理论中占有重要地位,本文主要讨论一类特殊的Toeplitz矩阵行列式的求解,运用行列式的性质得到三个递推关系式,从而将这类特殊的Toeplitz矩阵行列式的求解转化为三对角Toeplitz矩阵行列式的求解,构造等差和类等比数列结合递推关系式求出通项表达式,进而给出了这类特殊的Toeplitz矩阵行列式的精确解。作为应用,解决了这类特殊的Toeplitz矩阵正定性判定的问题。

基于快速最大奇异值幂正规化的全局协方差池化

近期的研究工作表明,矩阵正规化对全局协方差池化起着关键作用,有助于生成分辨能力更强的表征,从而提升图像识别任务的性能。在不同的矩阵正规化方法中,矩阵结构正规化能充分利用协方差矩阵的几何结构,因此可以获得更好的性能。然而,结构正规化一般依赖计算代价很高的奇异值分解(SVD)或者特征值分解(EIG),不能充分利用GPU的并行计算能力,从而形成计算瓶颈。迭代矩阵平方根正规化(iSQRT)通过牛顿-舒尔兹迭代对协方差矩阵进行正规化,速度比基于SVD和EIG的方法更快。但是随着迭代次数和维度的提高,iSQRT的时间和内存开销都会显著增加,而且该方法无法完成一般幂次的正规化,限制了其应用范围。为了弥补iSQRT的不足,文中提出了一种基于最大奇异值幂的协方差矩阵正规化方法。该方法通过将协方差矩阵除以其最大奇异值的幂来实现,计算过程仅需迭代幂法计算矩阵的最大奇异值。详细的消融实验的结果表明,与iSQRT相比,所提方法的速度更快并占用更少的显存,在时间复杂度和空间复杂度上都优于iSQRT方法,同时性能上与iSQRT方法相当或更好。所提方法在大规模图像分类数据库和细粒度识别数据库中取得了领先的性能,其中在Aircraft,Cars和Indoor67上分别表现为90.7%,93.3%以及83.9%,充分验证了所提方法的鲁棒性和泛化性。

加权Bergman空间上以调和多项式为符号函数的Toeplitz算子的亚正规性

本文刻画了在复平面上开单位圆盘中一般加权Bergman空间上以调和多项式为符号的Toeplitz算子的亚正规性。

一类新的正规矩阵及其相关的分解问题

基于正规矩阵、矩阵奇异值分解的理论和方法,对满足条件A^(*)=kA^(2)(0≠k=a+bi∈C)的矩阵A进行了研究.发现此类矩阵是一类正规矩阵;得到了矩阵A,以及两个适于上述条件的矩阵A与B的张量积的奇异值分解式;给出了n维复空间C^(n)关于矩阵A的核与-A的值域的分解,给出了相关矩阵函数序列收敛的一个例子.

基于协方差矩阵Toeplitz重构的MUSIC算法的波达方位估计方法

针对传统波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计方法通过空间平滑对相干信号进行处理损失阵列孔径的问题,文章提出了一种基于协方差矩阵托普利兹(Toeplitz)矩阵重构的多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法的波达方位估计方法。该方法首先根据阵列接收数据的协方差矩阵及其翻转矩阵来构造新协方差矩阵,并利用新协方差矩阵构造Toeplitz矩阵,然后对其进行特征值分解,得到Toeplitz矩阵的噪声子空间,利用噪声子空间求出信号空间谱,通过谱峰搜索估计入射信号的方位角。文中方法拓展了阵列孔径,增加了可估计相干信号的数量,提升了方位估计的性能,提高了阵列的空间分辨率。仿真和湖上实验数据处理结果表明,文中方法可估计出更多的相干信号,而且在低信噪比、少快拍以及信号入射角度间隔较小时仍然具有良好的方位估计性能。

线性模型下二水平正规设计效应混杂的度量

在线性模型中,试验设计效应之间的混杂会导致参数估计存在某种偏差.针对二水平正规设计,本文引入混杂指标集来度量这类偏差,并提出一种新方法来研究其性质,揭示它与别名效应数型、别名关系数及字长型之间的关系,得到了低阶效应混杂指标的计算公式以及最优设计存在的一些必要条件,并通过例子展示了所得到的理论结果.

基于矩阵重构和酉变换的DOA估计

为了提高重构相干信号测向算法的估计性能,降低算法运算量,提出了一种基于矩阵重构和酉变换方法的酉矩阵重构算法。该算法首先通过酉变换将阵列接收数据从复值计算转换为实值计算,使计算量大大降低;然后计算阵列协方差矩阵并进行特征值分解得到信号子空间,再将信号子空间重构为Toeplitz矩阵实现解相干并再次进行酉变换;最后通过特征值分解得到信号子空间并使用最小二乘法实现波达方向(direction of arrival,DOA)估计。相比于改进的旋转不变性的信号参数(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques-like,ESPRIT-Like)算法和空间平滑处理算法,由于消除了噪声影响、构造了Toeplitz矩阵以及充分利用了数据的共轭信息,该算法的估计精度更高、具有更高的运算效率且在ESPRIT-Like算法失效的条件下新算法仍能有效估计DOA。本文算法的运行时间是ESPRIT-Like算法的71.2%,实验结果证明了该方法的有效性和真实性。