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A global optimization method using a random walk on a topological map and local variational inversions

Authors :
Sylvie Thiria
Mohamed Berrada
Fouad Badran
Michel Crépon
Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre d'études et de recherche en informatique et communications (CEDRIC)
Ecole Nationale Supérieure d'Informatique pour l'Industrie et l'Entreprise (ENSIIE)-Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM)
Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)
Source :
Inverse Problems, Inverse Problems, IOP Publishing, 2010, 26 (12), pp.5011. ⟨10.1088/0266-5611/26/12/125011⟩, Inverse Problems, 2010, 26 (12), pp.5011. ⟨10.1088/0266-5611/26/12/125011⟩
Publication Year :
2010
Publisher :
HAL CCSD, 2010.

Abstract

International audience; This paper presents an improved variational method suitable for inverting a problem associated with integral constrains. The method allows a global minimization. We minimized a cost function representing the mismatch between the measurements and the output of a numerical model, to which we added a restoring term to a background. A way to process the covariance matrix associated with the above-weighted quadratic background is to model the control vectors using probabilistic principal component analysis (PPCA). The use of PPCA presents difficulties in the case of a large dataset representing the overall variability of the control space. We therefore developed a method based on a topological map model, which allows partition of the dataset into subsets more suited to the PPCA approach and thus leading to a local inversion by the variational method. A random walk based on a Markov chain was used to find the most appropriate subsets of the topological map by taking into account a priori information on the unknown vector. This random walk on a topological map allows us to reduce the number of subsets able to give the optimal solution and thus to achieve a better performance at a lower cost. An example of the application of this method to the shallow water acoustic tomography inverse problem, showing its effectiveness, is presented.

Details

Language :
English
ISSN :
02665611 and 13616420
Database :
OpenAIRE
Journal :
Inverse Problems, Inverse Problems, IOP Publishing, 2010, 26 (12), pp.5011. ⟨10.1088/0266-5611/26/12/125011⟩, Inverse Problems, 2010, 26 (12), pp.5011. ⟨10.1088/0266-5611/26/12/125011⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....709e7c58a67587f3082f499a9a253e19
Full Text :
https://doi.org/10.1088/0266-5611/26/12/125011⟩