The row-oriented form of the regularized Kaczmarz’s method


Cite item

Full Text

Abstract

This paper presents the new iterative method for solving the standard Tikhonov regularization problem. The basis of the method is the application the projection Kaczmarz algorithm to the augmented regularized normal system of equations. The use of the augmented regularized normal system of equations, instead the system of regularized normal equations, makes it possible to significantly reduce the spectral condition number of the original problem. The paper presents the row-oriented form of the regularized Kaczmarz algorithm. This form of the regularized Kaczmarz algorithm allows to solve problems in which the data are received sequentially (line by line). The proposed algorithm makes it possible to effectively calculate solutions of problems with sparse matrices of large and superlarge dimensions. The comparison’s results of the proposed row-oriented form of the algorithm with the column-oriented form of this algorithm are presented. By considering a certain classes of problems, the paper demonstrates that the proposed form of the regularized algorithm allows to reduce the number of iterations in comparison with the column-oriented form of the algorithm.

About the authors

Alexander I Zhdanov

Samara State Technical University

Email: zhdanovaleksan@yandex.ru
Dr. Phys. & Math. Sci., Professor; Head of Department; Dept. of Higher Mathematics & Applied Computer Science 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Yuri V Sidorov

Samara State Technical University

Email: linuxboy2007@gmail.com
Senior Lecturer; Dept. of Higher Mathematics & Applied Computer Science 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

  1. Saad Y. Iterative Methods for Sparse Linear Systems. Philadelphia, PA, USA: Society for Industrial and Applied Mathematics, 2003. xviii+528 pp. doi: 10.1137/1.9780898718003.
  2. Kaczmarz S. Angenäherte Auflösung von Systemen linearer Gleichungen // Bull. Int. Acad. Polon. Sci. A, 1937. no. 35. pp. 355-357 ; Kaczmarz S. Approximate solution of systems of linear equations // Int. J. Control, 1993. vol. 57, no. 6. pp. 1269-1271. doi: 10.1080/00207179308934446.
  3. Gordon R., Bender R., Herman G. T. Algebraic Reconstruction Techniques (ART) for threedimensional electron microscopy and X-ray photography // J. Theor. Biol., 1970. vol. 29, no. 3. pp. 477-481. doi: 10.1016/0022-5193(70)90109-8.
  4. Strohmer T., Vershynin R. A Randomized Kaczmarz Algorithm with Exponential Convergence // J. Fourier Anal. Appl., 2009. vol. 15. pp. 262-278, arXiv: math/0702226 [math.NA]. doi: 10.1007/s00041-008-9030-4.
  5. Needell D. Randomized Kaczmarz solver for noisy linear systems // BIT Numer. Math., 2010. vol. 50, no. 2. pp. 395-403, arXiv: 0902.0958 [math.NA]. doi: 10.1007/s10543-010-0265-5.
  6. Needell D., Tropp J. A. Paved with good intentions: Analysis of randomized block Kaczmarz method // Linear Alg. Appl., 2014. vol. 441. pp. 199-221, arXiv: 1208.3805 [math.NA]. doi: 10.1016/j.laa.2012.12.022.
  7. Needell D., Zhao R., Zouzias A. Randomized block Kaczmarz method with projection for solving least squares // Linear Alg. Appl., 2015. vol. 484. pp. 322-343, arXiv: 1403.4192 [math.NA]. doi: 10.1016/j.laa.2015.06.027.
  8. Gower R., Richtarik P. Randomized Iterative Methods for Linear Systems // SIAM. J. Matrix Anal. Appl., 2015. vol. 36, no. 4. pp. 1660-1690, arXiv: 1506.03296 [math.NA]. doi: 10.1137/15M1025487.
  9. Wei K. Solving systems of phaseless equations via Kaczmarz methods: a proof of concept study // Inverse Problems, 2015. vol. 31, no. 12, 125008, arXiv: 1502.01822 [math.NA]. doi: 10.1088/0266-5611/31/12/125008.
  10. Shin Y., Xiu D. A Randomized Algorithm for Multivariate Function Approximation // SIAM J. Sci. Comput., 2017. vol. 39, no. 3. pp. A983-A1002. doi: 10.1137/16M1075193.
  11. Ivanov A., Zhdanov A. Kaczmarz algorithm for Tikhonov regularization problem // Appl. Math. E-Notes, 2013. vol. 13. pp. 270-276.
  12. Жданов А. И. Метод расширенных регуляризованных нормальных уравнений // Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 2012. Т. 52, № 2. С. 205-208.
  13. Tanabe K. Projection Method for Solving a Singular System of Linear Equations and its Applications // Numer. Math., 1971. vol. 17, no. 3. pp. 203-214. doi: 10.1007/BF01436376.
  14. Ильин В. П. Об итерационном методе Качмажа и его обобщениях // Сиб. журн. индустр. матем., 2006. Т. 9, № 3. С. 39-49.
  15. Жданов А. И., Сидоров Ю. В. Параллельная реализация рандомизированного регуляризованного алгоритма Качмажа // Комп. оптика, 2015. Т. 39, № 4. С. 536-541. doi: 10.18287/0134-2452-2015-39-4-536-541.
  16. Liu Ji, Wright S. J., Sridhar S. An Asynchronous Parallel Randomized Kaczmarz Algorithm, 2014, arXiv: 1401.4780 [math.NA].
  17. Hefny A., Needell D., Ramdas A. Rows versus Columns: Randomized Kaczmarz or Gauss-Seidel for Ridge Regression // SIAM J. Sci. Comput., 2017. vol. 39, no. 5. pp. S528-S542, arXiv: 1507.05844 [math.NA]. doi: 10.1137/16M1077891.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2017 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».