ceres之LM算法「建议收藏」

ceres之LM算法「建议收藏」Ceres作为一个优化算法库,在许多领域中有着至关重要的作用,比如slam系统中的优化问题-集束调整BA,就可以通过Ceres去实现,官方文档地址:http://ceres-solver.org/nnls_tutorial.html#bundle-adjustment本文主要是解析ceres中的LM算法过程,参考代码地址:https://github.com/ceres-solver/ceres-solver/tree/master/internal/ceres一、主要流程先贴个图,L.

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。如果您正在找激活码,请点击查看最新教程,关注关注公众号 “全栈程序员社区” 获取激活教程,可能之前旧版本教程已经失效.最新Idea2022.1教程亲测有效,一键激活。

Jetbrains全系列IDE稳定放心使用

Ceres作为一个优化算法库,在许多领域中有着至关重要的作用,比如slam系统中的优化问题-集束调整BA,就可以通过Ceres去实现,官方文档地址:http://ceres-solver.org/nnls_tutorial.html#bundle-adjustment

本文主要是解析ceres中的LM算法过程,参考代码地址:

https://github.com/ceres-solver/ceres-solver/tree/master/internal/ceres

 

一、主要流程

先贴个图,LM算法的大概流程如下

                     ceres之LM算法「建议收藏」

可以看到,LM算法的输入为(1)雅可比矩阵J(x);(2)残差向量f(x);(3)待优化变量初值x0;(4)控制参数等

LM算法要求解的问题为:x^{*} = argmin(Fx) = argmin(loss(f(x)^{2})))

其中f(x)为残差函数,它的导函数为f'(x) = J,二阶导函数的近似为f''(x)=J^T*J

分为几个步骤:

(1)初始化:首先计算系数矩阵A和残差向量g,初始化参数

(2)while循环:如果达到收敛条件就停止迭代

          (3)求解 (A+miu*I)dx = -g

             (4)  xnew = x+dx

           (5)\rho = (Fx - Fx_{new})/(L(0)-L(dx))   ,其中Fx,Fxnew是所有残差的平方和

                L(0) - L(dx) = Fx - (Fx+F'(x)*dx+0.5*F''(x)*dx^{2}) = -dx^{T}*J^{T}*f-0.5*(J*dx)^T*(J*dx)=-(J*dx)^T*((J*dx)/2+f)

             (6)如果第五步结果大于零,表示这个迭代是有效的,可以接受

                         然后更新x = xnew;Fx =Fnew ,A = J’*J, g = J’*f    

             (7)否则这个dx得到的结果是无效的,收缩搜索半径,相当于增大\mu

ceres对应代码:https://github.com/ceres-solver/ceres-solver/blob/master/internal/ceres/trust_region_minimizer.cc

以及:https://github.com/ceres-solver/ceres-solver/blob/master/internal/ceres/levenberg_marquardt_strategy.cc

void TrustRegionMinimizer::Minimize(const Minimizer::Options& options,
                                    double* parameters,
                                    Solver::Summary* solver_summary) {
  start_time_in_secs_ = WallTimeInSeconds();
  iteration_start_time_in_secs_ = start_time_in_secs_;
//初始化
  Init(options, parameters, solver_summary);
//得到初始的雅可比矩阵以及残差矩阵
  RETURN_IF_ERROR_AND_LOG(IterationZero());

  // Create the TrustRegionStepEvaluator. The construction needs to be
  // delayed to this point because we need the cost for the starting
  // point to initialize the step evaluator.
  step_evaluator_.reset(new TrustRegionStepEvaluator(
      x_cost_,
      options_.use_nonmonotonic_steps
          ? options_.max_consecutive_nonmonotonic_steps
          : 0));
//while循环:是否达到迭代终止条件
  while (FinalizeIterationAndCheckIfMinimizerCanContinue()) {
    iteration_start_time_in_secs_ = WallTimeInSeconds();
    iteration_summary_ = IterationSummary();
    iteration_summary_.iteration =
        solver_summary->iterations.back().iteration + 1;
//计算(J'*J+D'*D/radius)*dx = -J'*f
    RETURN_IF_ERROR_AND_LOG(ComputeTrustRegionStep());
    if (!iteration_summary_.step_is_valid) {
//如果当前迭代不是有效的,则收缩搜索半径
      RETURN_IF_ERROR_AND_LOG(HandleInvalidStep());
      continue;
    }

    if (options_.is_constrained &&
        options_.max_num_line_search_step_size_iterations > 0) {
      // Use a projected line search to enforce the bounds constraints
      // and improve the quality of the step.
      DoLineSearch(x_, gradient_, x_cost_, &delta_);
    }
//计算Xnew = x+dx
    ComputeCandidatePointAndEvaluateCost();
    DoInnerIterationsIfNeeded();
//是否||dx||太小了,太小了直接终止
    if (ParameterToleranceReached()) {
      return;
    }
//是否||Fx-Fxnew||太小了,太小了意味着残差平方和更新不动直接终止
    if (FunctionToleranceReached()) {
      return;
    }
//如果是有效的
    if (IsStepSuccessful()) {
//更新x,雅可比矩阵,残差向量等
      RETURN_IF_ERROR_AND_LOG(HandleSuccessfulStep());
      continue;
    }
//否则收缩搜索半径
    HandleUnsuccessfulStep();
  }
}

上面为什么是信赖域算法过程,Ceres里面把LM算法和dogleg算法(也叫狗腿算法)集成到统一的框架下–信赖域算法框架,不同的是LM算法求解dx的过程和狗腿算法不同,下面是LM算法求解dx的过程以及搜索半径的更新

TrustRegionStrategy::Summary LevenbergMarquardtStrategy::ComputeStep(
    const TrustRegionStrategy::PerSolveOptions& per_solve_options,
    SparseMatrix* jacobian,
    const double* residuals,
    double* step) {
  CHECK(jacobian != nullptr);
  CHECK(residuals != nullptr);
  CHECK(step != nullptr);

//计算对角矩阵D
  const int num_parameters = jacobian->num_cols();
  if (!reuse_diagonal_) {
    if (diagonal_.rows() != num_parameters) {
      diagonal_.resize(num_parameters, 1);
    }

    jacobian->SquaredColumnNorm(diagonal_.data());
    for (int i = 0; i < num_parameters; ++i) {
      diagonal_[i] = std::min(std::max(diagonal_[i], min_diagonal_),
                              max_diagonal_);
    }
  }
// D = diag{J'*J}/radius
  lm_diagonal_ = (diagonal_ / radius_).array().sqrt();

  LinearSolver::PerSolveOptions solve_options;
  solve_options.D = lm_diagonal_.data();
  solve_options.q_tolerance = per_solve_options.eta;
  solve_options.r_tolerance = -1.0;
  InvalidateArray(num_parameters, step);
//求解 (A+D'*D)dx = -g
  LinearSolver::Summary linear_solver_summary =
      linear_solver_->Solve(jacobian, residuals, solve_options, step);

  if (linear_solver_summary.termination_type == LINEAR_SOLVER_FATAL_ERROR) {
    LOG(WARNING) << "Linear solver fatal error: "
                 << linear_solver_summary.message;
  } else if (linear_solver_summary.termination_type == LINEAR_SOLVER_FAILURE)  {
    LOG(WARNING) << "Linear solver failure. Failed to compute a step: "
                 << linear_solver_summary.message;
  } else if (!IsArrayValid(num_parameters, step)) {
    LOG(WARNING) << "Linear solver failure. Failed to compute a finite step.";
    linear_solver_summary.termination_type = LINEAR_SOLVER_FAILURE;
  } else {
    VectorRef(step, num_parameters) *= -1.0;
  }
  reuse_diagonal_ = true;

  if (per_solve_options.dump_format_type == CONSOLE ||
      (per_solve_options.dump_format_type != CONSOLE &&
       !per_solve_options.dump_filename_base.empty())) {
    if (!DumpLinearLeastSquaresProblem(per_solve_options.dump_filename_base,
                                       per_solve_options.dump_format_type,
                                       jacobian,
                                       solve_options.D,
                                       residuals,
                                       step,
                                       0)) {
      LOG(ERROR) << "Unable to dump trust region problem."
                 << " Filename base: " << per_solve_options.dump_filename_base;
    }
  }


  TrustRegionStrategy::Summary summary;
  summary.residual_norm = linear_solver_summary.residual_norm;
  summary.num_iterations = linear_solver_summary.num_iterations;
  summary.termination_type = linear_solver_summary.termination_type;
  return summary;
}

//如果当前迭代是有效的,更新搜索半径等参数
void LevenbergMarquardtStrategy::StepAccepted(double step_quality) {
  CHECK_GT(step_quality, 0.0);
  radius_ = radius_ / std::max(1.0 / 3.0,
                               1.0 - pow(2.0 * step_quality - 1.0, 3));
  radius_ = std::min(max_radius_, radius_);
  decrease_factor_ = 2.0;
  reuse_diagonal_ = false;
}

//如果当前迭代是无效的,收缩搜索半径等参数
void LevenbergMarquardtStrategy::StepRejected(double step_quality) {
  radius_ = radius_ / decrease_factor_;
  decrease_factor_ *= 2.0;
  reuse_diagonal_ = true;
}

 

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 举报,一经查实,本站将立刻删除。

发布者:全栈程序员-用户IM,转载请注明出处:https://javaforall.cn/187146.html原文链接:https://javaforall.cn

【正版授权,激活自己账号】: Jetbrains全家桶Ide使用,1年售后保障,每天仅需1毛

【官方授权 正版激活】: 官方授权 正版激活 支持Jetbrains家族下所有IDE 使用个人JB账号...

(0)
blank

相关推荐

  • 几款Android 应用自动化测试工具「建议收藏」

    简述:本文介绍几款流行的Android应用自动化测试工具。Monkey测试:随机测试,压力测试,运行在模拟器或实际设备中。MonkeyRunner测试:操作简单,可录制测试脚本,可视化操作,主要生成坐标的自动化操作,移植性不强Robotium 测试Ronaorex 测试Appium测试UIAutomator测试Test

  • 如何用python画一个心形图_python画心形名字

    如何用python画一个心形图_python画心形名字Python可以使用turtle库来画爱心。Turtle库是Python语言中一个很流行的绘制图像的函数库,想象一个小乌龟,在一个横轴为x、纵轴为y的坐标系原点,(0,0)位置开始,它根据一组函数指令的控制,在这个平面坐标系中移动,从而在它爬行的路径上绘制了图形。实现代码如下:fromturtleimport*pensize(1)pencolor(‘red’)fillcolor(‘pink…

  • 微信高级群发接口 {“errcode”:40008,”errmsg”:”invalid message type hint: [aRIDBA0726age9]”}[通俗易懂]

    微信高级群发接口 {“errcode”:40008,”errmsg”:”invalid message type hint: [aRIDBA0726age9]”}[通俗易懂]首先允许我吐槽一下TX,我勒个擦,写的是什么文档。切入正题,我用微信的高级群发接口,来发卡券,因为是订阅号,所以只能根据组来发。原理很简单根据urlpost数据URL= https://api.weixin.qq.com/cgi-bin/message/mass/sendall?access_token=ACCESS_TOKEN数据格式json

  • ManagementObject_getsuperclass方法

    ManagementObject_getsuperclass方法原文:http://blog.csdn.net/hardstone1/article/details/5380775网上代码和MSDN帮助中都没有列出 ManagementObject[""]这里到底有哪些属性可以使用,参考了http://www.groupsrv.com/dotnet/about69957.html了之后发现了可以枚举出来所有属性,代码如函数getallprop()。…

  • PANDAs_pandas去除缺失值

    PANDAs_pandas去除缺失值该函数主要用于滤除缺失数据。如果是Series,则返回一个仅含非空数据和索引值的Series,默认丢弃含有缺失值的行。xx.dropna()对于DataFrame:data.dropna(how=’all’)#传入这个参数后将只丢弃全为缺失值的那些行data.dropna(axis=1)#丢弃有缺失值的列(一般不会这么做,这样会删掉一个特征)data…

  • pip安装教程

    直接搜索pippip官网地址会得到下面的图像下载短的那个(如果你不知道pip是否安装可以通过命令pip–version来判断是否已安装)下载完成后解压到你自己知道的文件夹防止找不到,,然后有两种方法安装pip第一种在python环境下安装pippy-mensurepip–upgrade(直接在python里面运行cmd输入这一行代码)第二种可以用python中的内置脚本python内置脚本pyget-pip.py(下载到python文件中打开cmd,然后..

发表回复

您的电子邮箱地址不会被公开。

关注全栈程序员社区公众号