총변동
Total variation수학에서, 총 변동은 함수 또는 측정의 코도메인의 (국소 또는 전역) 구조와 관련된 몇 가지 약간 다른 개념을 식별한다.[a, b] ⊂ R 간격으로 정의되는 실제 값 연속함수 f의 경우, 정의 간격에 대한 총 변동은 x equation [a, b]에 대한 모수 방정식 x dimensional f(x)를 갖는 곡선의 1차원 arclength의 측정값이다.총변동이 유한한 함수를 경계변동의 함수라고 한다.
역사 노트
하나의 실제 변수의 기능에 대한 총변동 개념은 카밀 조던에 의해 논문에서 처음 소개되었다(Jordan 1881).[1]그는 변동에 한계가 있는 불연속 주기함수의 푸리에 시리즈에 대한 수렴 정리를 증명하기 위해 새로운 개념을 사용했다.그러나 둘 이상의 변수의 함수로 개념을 확장하는 것은 여러 가지 이유로 간단하지 않다.
정의들
한 실제 변수의 함수에 대한 총 변동
정의 1.1.[ , r R{\에 정의된 실제 값(또는 더 일반적으로 복잡한 값) 함수 의 총 변동은 수량이다.
여기서 supremeum이 모든 P ={ P={ ,…, x n partition 는[ a, =\{x_n_{n_{{{{}}}}{{{{{}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}의 의 파티션의 의 파티션의 이다.는 지정된 간격의 이다.
n > 1 실제 변수의 함수에 대한 총 변동
정의 1.2.Ω을 R의n 개방된 부분 집합으로 한다. 함수 f가 L1(Ω)에 속하는 경우, Ω의 f의 총 변동은 다음과 같이 정의된다.
어디에
이 정의에서는 주어진 함수의 도메인 가 경계 집합이 될 필요가 없다.
측정 이론의 총 변동
고전적 총 변동 정의
Following Saks (1937, p. 10), consider a signed measure on a measurable space : then it is possible to define two set functions and 각각 다음과 같이 상한 변동과 하한 변동이라고 한다
명백하게
정의 1.3.부호화된 측정 의 변동(절대 변동이라고도 함)은 설정 함수임
그리고 그것의 총 변동은 정의의 전체 공간에 대한 이 측정값으로 정의된다.
총 변동 규범에 대한 현대적 정의
삭스(1937, 페이지 11)는 한-조르단 분해를 증명하기 위해 상한과 하한 변동을 사용한다. 그의 이 정리 버전에 따르면 상하의 변이는 각각 음이 아닌 척도와 양성이 아닌 척도로 되어 있다.보다 현대적인 표기법을 사용하여 정의
그러면 + 와 - 은(는) 다음과 같은 두 가지 비음수 측정이다.
마지막 척도는 때때로 표기법 남용에 의해 총변동 척도라고 불린다.
복합 측정값의 총 변동 규범
측정 이(가) 복합적인 값인 경우, 즉 그 상하의 변동을 정의할 수 없고 한-조단 분해 정리는 그 실제와 상상의 부분에만 적용할 수 있다.단, 루딘(1966, 페이지 137–139)을 따르고 복합값 측정 디스플레이 스타일 }의 총 변동을 다음과 같이 정의할 수 있다.
정의 1.4.복합값 측정 의 변동은 설정 함수임
측정 가능한 E 의 모든 파티션 partitions 을(를) 계산 가능한 수의 측정 불가 부분 집합으로 가져간다.
이 정의는 실제 값 서명된 조치의 경우 위의 정의 = ++ 와 일치한다.
벡터 값 측정의 총 변동 규범
그렇게 정의된 변동은 양의 측정치(1966, 페이지 139 참조)이며 스타일 이(가) 서명된 측정치인 경우 1.3으로 정의한 측정치와 일치한다. 전체 변동은 위와 같다.이 정의는 이(가) 벡터 측정값인 경우에도 작동하며, 다음과 같은 공식으로 변동을 정의한다.
위와 같은 우월감이 있는 곳이지이 정의는 공간 의 유한 분할만 고려하면 되기 때문에 루딘(1966, 페이지 138)이 제시한 정의보다 약간 더 일반적이다 이는 유한가중성 측정에 대한 총 변동을 정의하는 데도 사용할 수 있음을 의미한다.
확률 측정값의 총 변동
확률 측정의 총 변동은 정확히 1이므로 그러한 측정의 특성을 조사하는 수단으로 흥미롭지 않다.그러나 μ와 μ가 확률 측정인 경우, 확률 측정의 총 변동 거리는 - μ { {\\ 로 정의할 수 있다. 여기서 표준은 서명된 측정의 총 변동 규범이다. -)( )= 0 의 속성을 사용하면 결국 동등한 정의에 도달하게 된다
그리고 그것의 가치는 비논리적이다.위의 요인 은(확률 측정의 기사 총 변동 거리) 일반적으로 삭제된다.비공식적으로, 이것은 두 확률 분포가 동일한 사건에 할당할 수 있는 확률 사이의 가장 큰 차이다.범주형 분포의 경우 총 변동 거리를 다음과 같이 작성할 수 있다.
또한 이전 정의를 다음과 같이 절반으로 줄여 [ 의 값으로 정규화할 수 있다.
기본 속성
상이한 함수의 총 변동
C ( C 함수 의 총 변동을 1.1과 1.2의 함수의 우월성 대신 해당 함수를 포함하는 적분으로 표현할 수 있다.
한 변수의 서로 다른 함수의 총 변동 형태
정리 1. 이) R ] ⊂ ⊂ {\b]\{R에 정의된 다른 함수 f의 총 변동은 Riemann 통합 가능한 경우 다음과 같은 식을 갖는다.
여러 변수의 서로 다른 함수의 총 변동 형태
정리2.Given a function defined on a bounded open set , with of class , the total variation of 은(는) 다음과 같은 표현으로
- ( ,)= ( ) (f,\ {d
증명
증거의 첫 번째 단계는 가우스-오스트로그라스키 정리에서 따르는 평등을 먼저 증명하는 것이다.
보조정리
정리의 조건하에서는 다음과 같은 평등이 유지된다.
보조정리 증빙
을를) 대체함으로써 다음을 달성했다.
여기서 }은(는) 의 경계에 0으로 정의된다.
평등의 증거
정리 조건에 따라, 우리가 가지고 있는 보조정리로부터:
정의상 그것의 본질적 우월성이 기껏해야 하나이기 때문에 마지막 부분 은 생략될 수 있다.
On the other hand, we consider and which is the up to C 의 N 에 동일한 적분으로 근사치. 1}은(는) 1 에 밀도가 있으므로 이 작업을 수행할 수 있다 이제 다시 보조정리기로 대체한다.
This means we have a convergent sequence of that tends to as well as we know that } f Q.E.D.
그것은 그 우수성이라는 증거에서 알 수 있다.
f는 전체 변동이 유한한 경우 정확히 경계 변동을 갖는다고 한다.
측정값의 총 변동
총 변동은 경계 변동의 측정 공간에 정의된 표준이다.σ-알지브라 세트의 측정 공간은 이 표준에 상대적인 바나흐 공간이라고 불리는 바나흐 공간이다.그것은 바 스페이스라고 불리는 더 큰 바나흐 공간에 들어 있는데, 같은 규범을 가진 미세한 첨가물(계산 가능한 첨가물과는 반대) 측도로 구성되어 있다.규범과 관련된 거리 함수는 두 측정 μ와 μ 사이의 총 변동 거리를 발생시킨다.
R에 대한 유한한 측도의 경우, 위에서 설명한 바와 같이 측정 μ의 총 변동과 함수의 총 변동 사이의 연결은 다음과 같다.주어진 μ에 따라 함수 : → R 을(를) 정의하십시오.
그렇다면 부호화된 측정 μ의 총변동은 위의 의미에서는 함수 의 총변동과 동일하다 일반적으로 부호화된 측정의 총변동은 요르단의 분해 정리를 이용하여 정의할 수 있다.
측정 가능한 공간, )의 모든 부호 측정 μs에 대해 ,\Sigma
적용들
총변동치는 실제값 함수의 공간(한 변수의 함수의 경우)이나 통합 가능한 함수의 공간(여러 변수의 함수의 경우)에 정의된 비음수 실질값 함수로 볼 수 있다.기능으로서, 총 변동은 최적의 제어, 수치 분석 및 변동의 미적분처럼 수학 및 공학의 여러 분야에서 응용 프로그램을 발견하는데, 여기에는 특정 문제에 대한 해결책이 그 가치를 최소화해야 한다.예를 들어, 총 변동 기능의 사용은 다음의 두 종류의 문제에서 공통적이다.
- 미분방정식의 수치적 분석: 미분방정식에 대한 근사적 해결책을 찾는 과학이다.이러한 문제에 대한 총변동 적용은 "총변동 감소" 기사에 자세히 설명되어 있다.
- 이미지 변성: 이미지 처리에서 변성(denoising)은 데이터 전송이나 감지 등 전자적 방법으로 얻은 데이터로부터 재구성된 영상의 노이즈를 줄이기 위해 사용되는 방법의 집합이다."총 변동 디노베이션"은 이미지 노이즈 감소에 총 변동을 적용하기 위한 명칭으로, (Rudin, Osher & Patemi 1992) 및 (Caselles, Chambolle & Novaga 2007)의 논문에서 자세한 내용을 확인할 수 있다.Color TV라고 불리는 컬러 영상에 대한 이 모델의 합리적인 확장은 (Blomgren & Chan 1998)에서 찾을 수 있다.
참고 항목
메모들
- ^ Golubov & Vitushkin(2001) 에 따르면:
- ^ Gibbs, Alison; Francis Edward Su (2002). "On Choosing and Bounding Probability Metrics" (PDF). p. 7. Retrieved 8 April 2017.
과거 참조
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- Golubov, Boris I. (2001) [1994], "Arzelà variation", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press.
- Golubov, Boris I. (2001) [1994], "Fréchet variation", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press.
- Golubov, Boris I. (2001) [1994], "Hardy variation", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press.
- Golubov, Boris I. (2001) [1994], "Pierpont variation", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press.
- Golubov, Boris I. (2001) [1994], "Vitali variation", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press.
- Golubov, Boris I. (2001) [1994], "Tonelli plane variation", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press.
- Golubov, Boris I.; Vitushkin, Anatoli G. (2001) [1994], "Variation of a function", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press
- Jordan, Camille (1881), "Sur la série de Fourier", Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des sciences (in French), 92: 228–230, JFM 13.0184.01 (갈리카에서 구입 가능).보리스 골루보프에 따르면, 이것은 경계 변동의 기능에 관한 첫 번째 논문이다.
- Hahn, Hans (1921), Theorie der reellen Funktionen (in German), Berlin: Springer Verlag, pp. VII+600, JFM 48.0261.09.
- Vitali, Giuseppe (1908) [17 dicembre 1907], "Sui gruppi di punti e sulle funzioni di variabili reali (On groups of points and functions of real variables)", Atti dell'Accademia delle Scienze di Torino (in Italian), 43: 75–92, JFM 39.0101.05, archived from the original on 2009-03-31. 비탈리 커버 정리의 첫 번째 증거가 들어 있는 논문.
참조
- Adams, C. Raymond; Clarkson, James A. (1933), "On definitions of bounded variation for functions of two variables", Transactions of the American Mathematical Society, 35 (4): 824–854, doi:10.1090/S0002-9947-1933-1501718-2, JFM 59.0285.01, MR 1501718, Zbl 0008.00602.
- Cesari, Lamberto (1936), "Sulle funzioni a variazione limitata (On the functions of bounded variation)", Annali della Scuola Normale Superiore, II (in Italian), 5 (3–4): 299–313, JFM 62.0247.03, MR 1556778, Zbl 0014.29605. Numdam에서 이용 가능.
- Leoni, Giovanni (2017), A First Course in Sobolev Spaces: Second Edition, Graduate Studies in Mathematics, American Mathematical Society, pp. xxii+734, ISBN 978-1-4704-2921-8.
- Saks, Stanisław (1937), Theory of the Integral, Monografie Matematyczne, vol. 7 (2nd ed.), Warszawa–Lwów: G.E. Stechert & Co., pp. VI+347, JFM 63.0183.05, Zbl 0017.30004
{{citation}}
: (도움말)의 외부 링크(폴란드 가상 과학 도서관에서 이용 가능).로렌스 치솔름 영의 프랑스어 원문에서 스테판 바낙의 두 권의 추가 음과 함께 영어로 번역되었다. - Rudin, Walter (1966), Real and Complex Analysis, McGraw-Hill Series in Higher Mathematics (1st ed.), New York: McGraw-Hill, pp. xi+412, MR 0210528, Zbl 0142.01701.
외부 링크
한 변수
- PlanetMath의 "총 변동".
하나 이상의 변수
측량 이론
적용들
- Caselles, Vicent; Chambolle, Antonin; Novaga, Matteo (2007), The discontinuity set of solutions of the TV denoising problem and some extensions, SIAM, Multiscale Modeling and Simulation, vol. 6 n. 3, archived from the original on 2011-09-27 (이미지 처리를 위한 문제를 변성시키는 데 있어서 총변동적용에 관한 작업).
- Rudin, Leonid I.; Osher, Stanley; Fatemi, Emad (1992), "Nonlinear total variation based noise removal algorithms", Physica D: Nonlinear Phenomena, Physica D: Nonlinear Phenomena 60.1: 259-268, 60 (1–4): 259–268, Bibcode:1992PhyD...60..259R, doi:10.1016/0167-2789(92)90242-F.
- Blomgren, Peter; Chan, Tony F. (1998), "Color TV: total variation methods for restoration of vector-valued images", IEEE Transactions on Image Processing, Image Processing, IEEE Transactions on, vol. 7, no. 3: 304-309, 7 (3): 304, Bibcode:1998ITIP....7..304B, doi:10.1109/83.661180.
- Tony F. Chan and Jackie (Jianhong) Shen (2005), Image Processing and Analysis - Variational, PDE, Wavelet, and Stochastic Methods, SIAM, ISBN 0-89871-589-X (with in-depth coverage and extensive applications of Total Variations in modern image processing, as started by Rudin, Osher, and Fatemi).