Sparse and Redundant Representations

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出版者:Springer
作者:Michael Elad
出品人:
页数:396
译者:
出版时间:2010-8-19
价格:USD 74.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9781441970107
丛书系列:
图书标签:
  • 稀疏表示
  • 压缩感知
  • 图像处理
  • 计算机视觉
  • 数学
  • 优化
  • Sparse
  • 计算机
  • 稀疏表示
  • 冗余表示
  • 信号处理
  • 机器学习
  • 模式识别
  • 数据压缩
  • 图像处理
  • 神经科学
  • 表示学习
  • 信息论
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具体描述

This textbook introduces sparse and redundant representations with a focus on applications in signal and image processing. The theoretical and numerical foundations are tackled before the applications are discussed. Mathematical modeling for signal sources is discussed along with how to use the proper model for tasks such as denoising, restoration, separation, interpolation and extrapolation, compression, sampling, analysis and synthesis, detection, recognition, and more. The presentation is elegant and engaging. "Sparse and Redundant Representations" is intended for graduate students in applied mathematics and electrical engineering, as well as applied mathematicians, engineers, and researchers who are active in the fields of signal and image processing.

《稀疏与冗余表示》是一部深入探索信号处理、机器学习和统计推断核心领域的著作。本书旨在为读者提供对如何高效、鲁棒地编码和解码数据的全面理解,尤其关注那些在原始观测中看似杂乱无章、但实际上包含着丰富内在结构的信息。 全书围绕两个看似矛盾却又紧密相连的概念展开:稀疏性与冗余性。稀疏性,简单来说,是指一个信号或模型可以用一个非常小的非零元素集合来表示。这种“少即是多”的原则在许多应用中都表现出强大的威力,例如,在图像压缩中,我们并不需要存储图像的每一个像素信息,而是捕捉其最关键、最能代表其特征的少数信息。在信号恢复、去噪、特征提取等问题中,稀疏表示能够有效地降低问题的维度,同时保留其本质信息,从而实现更高效的计算和更准确的推断。本书将详细阐述稀疏表示的理论基础,包括L0、L1范数最小化,以及各种稀疏字典学习算法,如K-SVD、LASSO等,并深入分析其在图像处理、医学成像、自然语言处理等领域的实际应用。 与稀疏性形成鲜明对比但又互为补充的是冗余性。在某些情况下,过度的冗余信息并非不必要的负担,反而能提升系统的鲁棒性和信息容量。例如,人类的视觉系统就包含大量的冗余信息,这使得我们在部分遮挡或噪声干扰下仍能准确地识别物体。本书将探讨冗余表示如何增强信号的鲁棒性,使其在受到损坏或干扰时仍能恢复,以及如何利用冗余信息来提高估计的精度和数据的丰富度。我们将研究各种冗余表示的框架,如过完备字典、多尺度表示等,并分析其在通信、感知编码、生物信息学等领域的应用价值。 本书的架构设计兼顾了理论深度与实践指导。首先,我们将从数学基础出发,严谨地推导稀疏与冗余表示的核心理论,包括凸优化理论、信息论以及概率统计的工具,为读者构建坚实的理论根基。随后,我们将逐步深入到各种表示模型的设计与分析,包括线性模型、非线性模型以及深度学习模型中的稀疏与冗余特征。 在算法层面,本书将详细介绍一系列关键的算法,不仅包括经典的压缩感知算法,如OMP、CoSaMP,还将涵盖最新的字典学习算法、非负矩阵分解(NMF)及其变种,以及用于构建和利用冗余表示的各种迭代和解析方法。我们还将探讨如何通过优化算法来求解稀疏与冗余问题,包括梯度下降、牛顿法等。 在应用层面,本书将力求全面而深入。我们将探讨稀疏与冗余表示在以下领域的具体应用: 信号与图像处理: 包括图像去噪、图像修复、图像超分辨率、图像压缩,以及音频信号处理中的降噪和复原。 机器学习与模式识别: 包括特征选择、降维、分类、聚类,以及如何构建更具表达力的模型。 统计推断与信号恢复: 包括压缩感知理论及其在实际问题中的应用,如传感器网络、遥感成像、医学诊断。 自然语言处理: 如文本表示、主题模型、语义分析等。 计算机视觉: 如目标检测、姿态估计、三维重建等。 生物医学工程: 如医学影像分析、基因组学数据处理等。 本书特别强调理论与实践的结合。在每个章节中,都会穿插相关的算法伪代码和详细的步骤解释,并提供实际案例的分析。我们还将在附录中提供一些常用的计算工具和库的介绍,以便读者能够快速上手并进行实验。 《稀疏与冗余表示》的目标读者包括但不限于:对信号处理、机器学习、统计学、模式识别、计算机视觉、通信工程等领域感兴趣的研究生、博士后研究人员、工程师以及高级本科生。对于希望深入理解数据底层结构、开发高效算法、解决复杂实际问题的研究者和实践者而言,本书将是一份宝贵的参考资料。通过阅读本书,读者将能够掌握设计和应用稀疏与冗余表示技术的关键知识和技能,从而在各自的研究和工作中取得突破。

作者简介

目录信息

读后感

评分

很多证明用数学符号就能简洁明了,却一定要费上不少口舌文字解释。 看得很烦,特别是你反复读了好几次,发现这么难理解的语句还是在解释上一段落的时候。 的确像之前有人说的那样,动不动就写出自己的名字。 评论到底要多少字啊,再不通过我就扔了。

评分

很多证明用数学符号就能简洁明了,却一定要费上不少口舌文字解释。 看得很烦,特别是你反复读了好几次,发现这么难理解的语句还是在解释上一段落的时候。 的确像之前有人说的那样,动不动就写出自己的名字。 评论到底要多少字啊,再不通过我就扔了。

评分

很多证明用数学符号就能简洁明了,却一定要费上不少口舌文字解释。 看得很烦,特别是你反复读了好几次,发现这么难理解的语句还是在解释上一段落的时候。 的确像之前有人说的那样,动不动就写出自己的名字。 评论到底要多少字啊,再不通过我就扔了。

评分

很多证明用数学符号就能简洁明了,却一定要费上不少口舌文字解释。 看得很烦,特别是你反复读了好几次,发现这么难理解的语句还是在解释上一段落的时候。 的确像之前有人说的那样,动不动就写出自己的名字。 评论到底要多少字啊,再不通过我就扔了。

评分

很多证明用数学符号就能简洁明了,却一定要费上不少口舌文字解释。 看得很烦,特别是你反复读了好几次,发现这么难理解的语句还是在解释上一段落的时候。 的确像之前有人说的那样,动不动就写出自己的名字。 评论到底要多少字啊,再不通过我就扔了。

用户评价

评分

说实话,这本书的阅读体验是伴随着一种智力上的“搏斗”感,但这种搏斗是令人上瘾的。它的行文风格非常学术化,几乎没有任何冗余的形容词或情绪化的表达,每一个句子都像是一个经过精确计算的数学命题,直指核心。对于那些习惯了通俗科普读物的读者来说,一开始可能会感到吃力,因为它大量使用了专业术语,而且这些术语的定义往往非常精确,不容许任何含糊。我尤其欣赏作者在论证过程中,对于反例和边界条件的关注。在讨论某一特定压缩算法的适用范围时,书中会毫不留情地指出它在噪声干扰下的性能衰减情况,并给出了修正路径的理论探讨。这种严谨性体现了作者深厚的学术功底。我注意到,作者在引用其他研究成果时,并非简单地罗列,而是将这些成果融入到自己的理论体系中,形成一个相互印证、层层递进的知识网络。读完其中关于信号重构的章节后,我对信息的本质有了全新的认识——信息不再仅仅是数据的集合,而是一种可以通过特定结构被高效编码和解码的内在属性。这本书无疑是为那些愿意投入时间进行深度思考的专业人士准备的“硬核”读物。

评分

我最近花了大量时间沉浸在这本关于信息压缩和信号处理的著作中,它的理论深度远超我预期的水平。作者在构建基础框架时,采取了一种非常“自洽”的逻辑推进方式,你几乎找不到任何需要跳跃式理解的断点。开篇对于线性代数基础的重述,并不是简单的教科书式复述,而是直接将抽象的矩阵运算与实际的数据稀疏性联系起来,这种高度情境化的讲解方式,极大地降低了初学者进入高阶概念的门槛。我特别欣赏作者对“信息冗余”这一核心矛盾的深刻剖析,他没有停留在“如何去除冗余”的表面,而是深入探讨了在不同约束条件下,最优稀疏表达的理论极限。书中对傅立叶变换和奇异值分解(SVD)在降维中的应用进行了非常详尽的对比分析,尤其是在处理高维数据流时,不同算法收敛速度的差异,作者通过图示和伪代码给出了非常直观的展示。阅读过程中,我不断地使用随身携带的笔记本记录下那些精妙的证明步骤,很多地方都需要停下来,仔细体会每一步假设的合理性。这本书的价值不在于提供了多少开箱即用的代码,而在于它构建了一套完整、坚固的理论基石,让你真正理解“为什么”这些方法有效,而非仅仅是“如何”使用它们。

评分

从一个跨学科研究者的角度来看,这本书的价值在于它搭建了一座坚实的桥梁,连接了纯数学理论与信息科学的边界。它成功地展示了代数几何、凸优化理论是如何被有效地“借用”和“改造”以解决现实世界中的信息表示难题。我发现书中对高维空间几何特性的描述,特别是“球体体积集中在赤道附近”的悖论,被用来解释为什么在极高维度下,随机投影仍然能够有效地保留数据间的距离信息,这个解释非常富有洞察力。这本书的叙事逻辑是层层递进的,从最早的线性基分解到后来的非正交基表示,作者清晰地勾勒出该领域的发展脉络,使得读者能够理解每一次理论突破背后的驱动力。更让我印象深刻的是作者对“信息熵”与“描述长度”之间关系的探讨,这触及了信息论的深层哲学问题。它不是一本快速阅读的书籍,更像是一份需要被反复咀嚼的“思想食谱”。每一次重读,都会因为自身知识体系的丰富,而发现新的理解层面,这正是那些真正伟大的学术著作所共有的特质。这本书无疑已经成为我书架上不可或缺的参考资料之一。

评分

这本书在实用性层面上给我带来了极大的启发,尤其是在处理实际工程问题时。虽然理论架构非常宏大,但作者非常巧妙地将抽象的概念转化为可操作的工具集。我尝试着将书中的某些迭代算法应用于我目前正在处理的一个传感器数据优化项目中,发现其效果显著优于我过去使用的传统最小二乘法。书中对“稀疏感知”理论的讲解尤为出色,它不仅仅停留在理论推导,而是详细分析了如何根据实际采集设备的限制(如采样率、噪声水平)来设定最优的欠定系统参数。其中有一个章节专门讨论了L1范数优化在实际计算中的挑战,并对比了梯度下降法、迭代阈值算法(ISTA)和快速迭代阈值算法(FISTA)的收敛速度和内存占用,这种工程层面的考量非常到位,对于一线工程师来说具有极高的参考价值。我特别喜欢它在每章末尾提供的“实践思考”部分,这些问题往往不是简单的是非题,而是引导你去思考如何在资源有限的环境下权衡理论的完美与工程的可行性。这本书让理论不再是象牙塔里的空中楼阁,而是成为了解决实际难题的强大武器。

评分

这本书的装帧设计着实吸引人,封面采用了一种略带磨砂质感的深蓝色调,上面用非常简洁的银色字体印着书名,整体风格显得既专业又沉稳,完全符合我对一本深入探讨数学与工程领域交叉学科书籍的期待。内页的纸张质量也很上乘,那种略微泛黄的米白色调,即便是长时间阅读也不会让人感到眼睛疲劳,这对于一本需要反复研读的学术著作来说,无疑是一个巨大的加分项。更值得称赞的是,排版方面做得相当用心,无论是公式的对齐、图表的插入位置,还是章节之间的留白处理,都透露出一种精心打磨的痕迹。尤其是那些复杂的数学推导部分,作者显然花了很多心思去组织结构,使用不同的字体粗细来区分核心概念和辅助说明,使得那些原本可能令人望而生畏的符号和矩阵运算,在视觉上得到了极大的友好度提升。这种对细节的关注,让我对书中内容的严谨性有了更高的期待。虽然我还没来得及深入阅读核心章节,但仅凭这精心制作的外观和内页布局,就足以让人感受到出版方和作者对知识传播的尊重。我尤其喜欢它在引用文献时的格式,简洁而清晰,方便读者进行后续的追踪和深入研究。这本书的实体书手感非常好,拿在手里有一种厚重踏实的感觉,绝对是书架上的一件值得收藏的藏品。

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QE前版休闲读完的。Elad太注重写自己的工作了 这个习惯像LeCun lol

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从淘宝上买的盗版书,不过也好贵的。。。。。讲压缩感知的,该书作者做这方面研究的名声还是挺大的~~内容很多阿,跳着穿插着看完了。。概念讲的很详尽了,对于整个领域的理解有很大的帮助。。。值得看的主要还是理论吧,应用方面讲的很少~不过呢,这个领域正在蓬勃发展,这几年压缩感知的应用应该会研究出来很多。有空写书评呗。

评分

从淘宝上买的盗版书,不过也好贵的。。。。。讲压缩感知的,该书作者做这方面研究的名声还是挺大的~~内容很多阿,跳着穿插着看完了。。概念讲的很详尽了,对于整个领域的理解有很大的帮助。。。值得看的主要还是理论吧,应用方面讲的很少~不过呢,这个领域正在蓬勃发展,这几年压缩感知的应用应该会研究出来很多。有空写书评呗。

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各种优化

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各种优化

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