Randomized Quaternion Singular Value Decomposition for Low-Rank Matrix Approximation

四元数 奇异值分解 数学 可列斯基分解 算法 随机算法 基质(化学分析) Wishart分布 奇异值 矩阵分解 应用数学 特征向量 多元统计 统计 物理 几何学 材料科学 量子力学 复合材料
作者
Qiaohua Liu,Sitao Ling,Zhigang Jia
出处
期刊:SIAM Journal on Scientific Computing [Society for Industrial and Applied Mathematics]
卷期号:44 (2): A870-A900 被引量:51
标识
DOI:10.1137/21m1418319
摘要

This paper presents a randomized quaternion singular value decomposition (QSVD) algorithm for low-rank matrix approximation problems, which are widely used in color face recognition, video compression, and signal processing problems. With quaternion normal distribution-based random sampling, the randomized QSVD algorithm projects high-dimensional data to a low-dimensional subspace and then identifies an approximate range subspace of the quaternion matrix. The key statistical properties of quaternion Wishart distribution are proposed and used to perform the approximation error analysis of the algorithm. Theoretical results show that the randomized QSVD algorithm can trace dominant singular value decomposition triplets of a quaternion matrix with acceptable accuracy. Numerical experiments also indicate the rationality of proposed theories. Applied to color face recognition problems, the randomized QSVD algorithm obtains higher recognition accuracies and behaves more efficient than the known Lanczos-based partial QSVD and a quaternion version of the fast frequent directions algorithm.
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