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Sparse Branch and Bound for Exact Optimization of L0-Norm Penalized Least Squares

Authors :
Marcel Mongeau
Sébastien Bourguignon
Jordan Ninin
Hervé Carfantan
Ramzi Ben Mhenni
Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes (LS2N)
Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC)
Lab-STICC_ENSTAB_CID_PRASYS
Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC)
École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-16-CE33-0005,MIMOSA,Programmation mixte en nombres entiers pour l'optimisation de critères d'approximation parcimonieuse(2016)
Source :
ICASSP, ICASSP 2020, IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, ICASSP 2020, IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, May 2020, Barcelona, Spain. pp.ISBN: 978-1-5090-6632-2, ⟨10.1109/ICASSP40776.2020.9053870⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
IEEE, 2020.

Abstract

International audience; We propose a global optimization approach to solve ℓ 0 -norm penalized least-squares problems, using a dedicated branch-and-bound methodology. A specific tree search strategy is built, with branching rules inspired from greedy exploration techniques. We show that the subproblem involved at each node can be evaluated via ℓ 1 -norm-based optimization problems with box constraints, for which an active-set algorithm is built. Our method is able to solve exactly moderate-size, yet difficult, sparse approximation problems, without resorting to mixed-integer programming (MIP) optimization. In particular, it outperforms the generic MIP solver CPLEX.

Details

ISBN :
978-1-5090-6632-2
ISBNs :
9781509066322
Database :
OpenAIRE
Journal :
ICASSP 2020 - 2020 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....f19c843e21b4817242bd7112dbc08506
Full Text :
https://doi.org/10.1109/icassp40776.2020.9053870