如何解决稀疏OLS问题 – 在Matlab中应用`l1`最小化(教育目的)

min_{a*x=y} +lambda*norm(\hat{a},1) 是目标函数,其中a是系数向量,y表示带噪声的测量值,x是未观测的输入信号。我知道有lasso()函数,但我不倾向于使用内置函数,因为这不会帮助我理解步骤。有人能帮助实现l1范数优化吗?

数学上,我的模型被表达为一个移动平均(MA)系统:y[k] = a_1*x[k] + a_2*x[k-1] + a_{10}*x[k-9] + n[k],其中n ~ N(0,\sigma^2)是加性白高斯噪声,x是均值为零、方差为1的高斯白噪声过程,a_1,a_2,...,a_10是已知为稀疏的MA模型的系数。然而,我不知道稀疏系数的位置。

在这个模型中,只有3个系数是非零的,其余的都是零或接近零。进行参数估计的一种方法是构建一个逆滤波器,也称为最小化预测误差。

通过逆滤波方法,我可以为MA模型创建一个逆滤波器,其表达式为:u[k] = x[k]-(\hat{a_2}*x[k-1]+ \hat{a_3}*x[k-3] + \hat{a_{4}}*x[k-4] +\ldots+\hat{a_{10}}*x[k-9] )

因此,目标函数变为:J = min_{\hat{a}*x=y} +lambda*norm(\hat{a},1),其中y是观测到的带噪声的测量值,\hat{a}*x是干净的。设\mathbf{\hat{a}} = {[\hat{a_1},\ldots,\hat{a_{10}}]}^T表示估计的系数向量。

我的方法是将目标函数J分成两部分——第一部分是OLS估计,然后输入到l1最小化程序中。l1最小化的输出给出稀疏系数。这种方法合理吗?如果是,我需要帮助了解Matlab中的l1优化器是什么?

以下是我创建模型的代码片段。但是我不知道如何解决目标函数。请帮助。

%Generate inputN=500;x=(randn(1,N)*100);L = 10;Num_lags = 1:L-1;a = 1+randn(L,1);%Data preparation into regressors    a(rand(L,1)<.9)=0; % 90 of the coefficients are zeroX1 = lagmatrix(x, [0 Num_lags]);

回答:

下面的代码可以解决l1-优化问题argmin{f(x)} s.t.||x||_1<=t

编辑:更新了@V中的一个打字错误(参考来自SKM的评论)

clc; clear;%Generate input dataN=500;Bnum=10;X=(randn(N,Bnum)*1000);true_beta = rand(Bnum,1);Y=X*true_beta+rand(N,1);%solve lasso using fminunclamda=1;V = @(x) norm(Y-X*x)^2+lamda*norm(x,1);options=optimoptions('fminunc','Algorithm','quasi-newton','Display','iter');xopt = fminunc(V,zeros(Bnum,1),options)

然而,我仍然推荐第二篇文章中的代码,该代码使用了QUADPROG函数。这将更快更准确。

参考

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