과완성은 수학, 컴퓨터 공학, 공학, 통계학에서 널리 쓰이는 선형대수학에서 나온 개념이다(보통 지나치게 완성한 틀의 형태로).1952년 R. J. Duffin과 A. C. Schaeffer에 의해 도입되었다.[1]
Formally, a subset of the vectors
of a Banach space
, sometimes called a "system", is complete if every element in
can be approximated arbitrarily well in norm by finite linear combinations of elements in J{\displaystyle\와 같이{\phi_{나는}\}_{Ji\in}}만약는 동안 완성도 유지는 시스템에서 제거될 수 있는ϕ j{\displaystyle \phi_{j}}(즉,∃ j:{ϕ 나는}나는 ∈ J∖{j}은 완전{\displaystyle \exists j:\와 같이{\phi_{나는}\}가 존재하는 완전한 시스템 추가로overcomplete 있을 수 있는데 .[2]{i\in J\backslash){j.\와 같이}
이러한 의미에서, 시스템은 완성하기 위해 필요한 것보다 더 많은 벡터를 포함하고 있으며, 따라서 "과다완성"이다.
신호 처리 및 함수 근사치와 같은 연구 분야에서, 과잉완성은 연구자들이 기초를 사용하는 것보다 더 안정적이고, 더 견고하며, 또는 더 콤팩트한 분해를 달성하는 데 도움을 줄 수 있다.[3]
과잉완성과 프레임의 관계
과잉완성은 대개 과잉완성 프레임의 속성으로 논의된다.프레임 이론은 더핀과 셰퍼의 비화학적 푸리에 시리즈에 관한 논문에서 유래한다.[1]프레임은 임의 ∈ H i}_{i}_에
대해 0이 아닌 벡터으로 정의된다

여기서 , \ {\은 내부 제품을 의미하며
,
B 은
프레임의 한계라고 하는 양의 상수다.= 및
를) 선택할 수 있는
경우 프레임을 타이트 프레임이라고 한다
[4]
= 프레임의 예를 다음과 같이 제시할 수 있다
Let each of
and
be an orthonormal basis of
, then

경계 = = 이(가) 있는
의 프레임이다
을(를) 프레임 오퍼레이터로
두십시오.

리에즈 베이스가 아닌 프레임이, 이 경우 베이스를 넘는 기능 세트로 구성되는 프레임이 지나치게 완성되었다고 한다.이 경우 을(를) 부여하면 프레임에 따라 다른 분해물을 가질 수 있다
위의 예에 제시된 프레임은 지나치게 완전한 프레임이다.
기능 추정에 프레임을 사용할 경우 다른 프레임의 성능을 비교하고자 할 수 있다.서로 다른 프레임에 의한 근사 함수의 인칭은 성능을 비교하는 한 가지 방법으로 간주될 수 있다.[5]
Given a tolerance
and a frame
in
, for any function
, define the set of all approximating functions that satisfy

그럼 그렇게 합시다.

( ,) 은
F 을(를) 사용하여 f{\}에
대한 패러모니를 나타낸다
f 은 프레임의 요소와 근사하게 추정될 경도에 따라
k이 다를 수 있다
. ( ) )에서 함수를 추정하는 최악의 경우는 다음과 같이 정의된다
.

다른 프레임 G{G\displaystyle} 들어, 만약가 F(ϵ)<>k G(ϵ){\displaystyle k_{F}(\epsilon)<, k_ᆮ(\epsilon)}, 그 프레임 F{F\displaystyle}프레임 G{G\displaystyle}보다 수준에서 ϵ{\displaystyle \epsilon}. 그리고 한다면γ{\displaystyle \gamma}존재하는 것이 좋습니다 각각을 위하다. ϵ<> <\
k ( )<k ()
은
G}보다 낫다
.
과완성 프레임은 보통 세 가지 방식으로 구성된다.
- 웨이블렛 베이직과 푸리에 베이직과 같은 베이스 세트를 결합하여 과완성 프레임을 얻는다.
- 가보르 프레임과 웨이블렛 프레임과 같이 일부 프레임의 파라미터 범위를 확대하여 프레임을 과완전하게 한다.
- 일부 다른 기능을 기존 전체 기준에 추가하여 지나치게 완전한 프레임을 달성하십시오.
과완전한 프레임의 예는 아래와 같다.수집된 데이터는 2차원 공간에 있으며, 이 경우 두 가지 요소를 가진 기초가 모든 데이터를 설명할 수 있어야 한다.그러나 데이터에 노이즈를 포함하면 근거는 데이터의 특성을 표현하지 못할 수 있다.그림의 4개 축에 해당하는 4개의 요소를 가진 과완성 프레임을 사용하여 데이터를 표현한다면, 각 포인트는 과완성 프레임에 의해 좋은 표현을 가질 수 있을 것이다.
신호를 표현하거나 함수에 근접한 경우 과완전 프레임의 유연성은 주요 장점 중 하나이다.그러나 이러한 중복성 때문에 함수는 지나치게 완전한 프레임 아래에 여러 개의 식을 가질 수 있다.[6]프레임이 유한할 때 분해는 다음과 같이 표현할 수 있다.

여기서 은
(는) 근사하고자 하는 함수, A은(는) 프레임의 모든 요소를 포함하는 행렬이며
, 은
(는) 의 표현에
f 의 계수
다른 제약 없이 프레임이 선택된다.e L ( R) 에서 의 규범으로
x 을(를) 부여한다
이에 기초하여 등식을 풀 때 sparsity와 같은 일부 다른 속성도 고려할 수 있다.그래서 서로 다른 연구자들이 객관적 함수에 다른 제약조건을 추가함으로써 이 방정식을 푸는 작업을 해오고 있다.예를 들어 () L에서 x 의
규범을 최소화하는 제약조건을 이 방정식을 푸는 데 사용할 수 있다
.이는 통계학계의 라소 회귀와 동등해야 한다.베이시안 접근법은 또한 지나치게 완전한 틀에서 중복성을 제거하는데 사용된다.루위키와 세즈노우스키가 관측된 데이터의 확률론적 모델로 보고 지나치게 완성한 프레임에 대한 알고리즘을 제안했다.[6]최근 과완전한 가보르 프레임이 베이지안 선택법과 결합되어 ( R) 의
작은 규범 확장계수와 원소 내 첨사성을 모두 달성했다.[7]
과완성 프레임의 예
신호처리 및 기타 엔지니어링 분야의 현대적 분석에서는 다양한 과완전 프레임을 제안하여 사용한다.여기서는 일반적으로 사용되는 두 프레임인 가보르 프레임과 웨이브렛 프레임을 소개하고 논의한다.
가보르 틀
통상적인 푸리에 변환에서는 시간 영역의 함수가 주파수 영역으로 변환된다.그러나 변환은 이 함수의 주파수 속성만 보여주고 시간 영역에서는 그 정보를 잃어버린다.푸리에 변환을 작동하기 전에 작은 간격에 0이 아닌 값만 갖는 윈도우 함수 g
을 원래 함수와 곱하면 시간 및 주파수 영역 모두 선택한 간격에 남을 수 있다.변환에 의 변환 시퀀스를 사용할
경우 변환 후에도 시간 영역의 함수 정보가 유지된다.
연산자 허용



( ) L에서 가보르 프레임(Dennis Gabor의 이름을 따서 명명하고 Weyl-Heisenberg 프레임이라고도 함)은
{ T 으로 정의된다. Z
여기서 , > 0 g
) 은 고정 함수다
.[8]그러나 및
{ b Z 에 대해서는 해당되지 않는다.
forms a frame on
. For example, when
, it is not a frame for
. When
, Z 프레임일 수 있으며
, 이 경우 Riesz 기준이다.{ b n m, 에 대한 가능한 상황과(와)의 프레임은
< 1 이다
Gabor 계열{ / 도 프레임이며
{ , z \{과(와) 동일한 프레임 경계를 공유하고 있다.
Gabor 프레임에는 다른 종류의 창 기능 을 사용할 수 있다
.여기에 3가지 윈도우 기능의 예가 표시되며, 해당 가보르 시스템이 하나의 프레임이 되는 조건은 다음과 같다.
가보르 프레임 생성에 사용되는 세 가지 윈도우 기능.
(1) ( x)= e-
{ T Z 는 < 994일 때의 프레임이다
.
(2) ( )= 1 ( ) x
{ b } Z 는 b< 일 때의 프레임이다
.
(3) ( )= [ , )( x)
서 I( x) 은
(는) 표시기 함수다. b m, 에 대한 상황 프레임은
다음과 같이 서 있다.
1) 틀이 > {\c
> 1{\
1}
2) > 및 = 1
프레임이 아님
3) 1
은
4) }이고
비합리적인 이며, c ( 2)
은 프레임이다.
5) = < 1 a}{
p 은

는 프레임이 아닌 - 1 이다
6) 3 < > 1 및 c
= - 1+ L( -
여기서 은
프레임이 아니라 자연수가 된다.
7)
,
,
, where
is the biggest integer not exceeding
, is a frame.
위의 논의는 8장을 요약한 것이다.[8]
웨이블렛 프레임
웨이블렛 모음은 일반적으로 에 기반한 함수 집합을 가리킨다.

이것은 ( ) 의 정형화된 기초를 형성한다
그러나 , k 가 R 의 값을 취할 수 있을
때
세트는 과완성 프레임을 나타내며 불시산 파장 기준이라고 불린다.일반적으로 웨이블렛 프레임은 의
( R) 에 대한 프레임으로 정의된다.

서 a>
> 0
2
이 프레임의 상한과 하한을 다음과 같이 계산할 수 있다. ( ) )을 L (의 푸리에 변환으로 설정

이
(가) 고정되면 정의


그러면
![B={\frac {1}{b}}\sup _{{|\gamma |\in [1,a]}}(G_{0}(\gamma )+G_{1}(\gamma ))<\infty](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/06ef486b8c0e064819e56f7cde2ebdad6c571217)
![A={\frac {1}{b}}\inf _{{|\gamma |\in [1,a]}}(G_{0}(\gamma )-G_{1}(\gamma ))>0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0a53fffbe9943e720940cd5a3d3e4e705a236a63)
더군다나 언제

모든 홀수 정수 에 대해
생성된 프레임, , Z Z은(는) 꽉 끼는 프레임이다
.
이 절의 논의는 11장에 근거한다.[8]
적용들
신호 검출, 영상 표현, 물체 인식, 소음 감소, 샘플링 이론, 운영자 이론, 조화 분석, 비선형 희소 근사치, 유사추상 연산자, 무선 통신, 지구물리학, 양자 컴퓨팅, 파일 등 다양한 연구 분야에서 과완전한 가보 프레임과 웨이블렛 프레임이 사용되어 왔다.둑을 [3][8]쌓다
참조
- ^ a b R. J. Duffin과 A. C. Schaeffer, 무해한 Fourier 시리즈의 한 종류, 미국수학협회의 거래, vol. 72, 2번, 페이지 341{366, 1952.[온라인.사용 가능: https://www.jstor.org/stable/1990760
- ^ C. 헤이얼, 기본 이론 입문서:확장판.MA: Birkhauser, 2010.
- ^ a b R. 발란, P. 카사자, C.헤이얼, 그리고 Z.랜도, 밀도, 과완성, 프레임의 국산화.I. 이론, The Journal of Fourier Analysis and Applications, vol. 12, no. 2. 2006.
- ^ K. Grochenig, 시간 빈도 분석의 기초.보스턴, 버크하우저, 2000년
- ^ [1], STA218, 듀크 대학교 데이터 마이닝 클래스 노트
- ^ a b M. S. 르위키와 T. J. 세즈노우스키, 학습과잉완전 표현, 신경 연산, vol. 12, 2, 페이지 337{365, 2000.
- ^ P. Wolfe, S. Godill 및 W. Ng, 시간 빈도 표면 추정을 위한 베이지안 변수 선택 및 정규화, J. R. Statistics.Soc. B. 66번, 2004년 3번.
- ^ a b c d O. Christensen, 프레임과 리에즈 베이스 소개.보스턴, 2003년 버크하우저