Robust Matrix Completion Based on Factorization and Truncated-Quadratic Loss Function

算法 矩阵完成 离群值 数学 矩阵分解 乘法函数 计算机科学 数学优化 高斯分布 人工智能 量子力学 物理 数学分析 特征向量
作者
Zhi-Yong Wang,Xiao Peng Li,Hing Cheung So
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:33 (4): 1521-1534 被引量:14
标识
DOI:10.1109/tcsvt.2022.3214583
摘要

Robust matrix completion refers to recovering a low-rank matrix given a subset of the entries corrupted by gross errors, and has various applications since many real-world signals can be modeled as low-rank matrices. Most of the existing methods only perform well for noise-free data or those with zero-mean white Gaussian noise, and their performance will be degraded in the presence of outliers. In this paper, based on the factorization framework, we propose a novel robust matrix completion scheme via using the truncated-quadratic loss function, which is non-convex and non-smooth, and half-quadratic theory is adopted for its optimization. By introducing an auxiliary variable, half-quadratic optimization (HO) can transform the loss function into two tractable forms, that is, additive and multiplicative formulations. Block coordinate descent method is then exploited as their solver. Compared with the additive form, the multiplicative variant has lower computational cost since we attempt to take the observations contaminated by outliers as missing entries. Numerical simulations and experimental results based on image inpainting and hyperspectral image recovery demonstrate that our algorithms are superior to the state-of-the-art methods in terms of restoration accuracy and runtime. MATLAB code is available at https://github.com/bestzywang .

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