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强度测量下的相位检索中的条件数

信息论 2025-06-30 v1 泛函分析 math.IT

摘要

本文通过分析非线性映射 ΨA(x)=(aj,x2)1jm\Psi_{\boldsymbol{A}}(\boldsymbol{x}) = \bigl(\lvert \langle {\boldsymbol{a}}_j, \boldsymbol{x} \rangle \rvert^2 \bigr)_{1 \le j \le m} 的条件数来研究相位检索的稳定性,其中 ajHn\boldsymbol{a}_j \in \mathbb{H}^n 为已知的探测向量,H{R,C}\mathbb{H} \in \{\mathbb{R}, \mathbb{C}\}。对于每个 p1p \ge 1,我们定义条件数 βΨAp\beta_{\Psi_{\boldsymbol{A}}}^{\ell_p}ΨA\Psi_{\boldsymbol{A}}p\ell_p 范数下相对于度量 distH(x,y)=xxyy\mathrm {dist}_\mathbb{H}\left(\boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}\right) = \|\boldsymbol{x} \boldsymbol{x}^\ast - \boldsymbol{y} \boldsymbol{y}^\ast\|_* 的最优上 Lipschitz 常数与最优下 Lipschitz 常数的比值。我们为任意探测矩阵 AHm×d\boldsymbol{A} \in \mathbb{H}^{m \times d} 建立了 βΨAp\beta_{\Psi_{\boldsymbol{A}}}^{\ell_p} 的普遍下界,证明在实数情形 (H=R)(\mathbb{H} = \mathbb{R})βΨA1π/2\beta_{\Psi_{\boldsymbol{A}}}^{\ell_1} \ge \pi/2βΨA23\beta_{\Psi_{\boldsymbol{A}}}^{\ell_2} \ge \sqrt{3},而在复数情形 (H=C)(\mathbb{H} = \mathbb{C})p=1,2p=1,2βΨAp2\beta_{\Psi_{\boldsymbol{A}}}^{\ell_p} \ge 2。这些下界被证明是渐进紧致的:一个确定性调和帧 EmRm×2\boldsymbol{E}_m \in \mathbb{R}^{m \times 2} 和高斯随机矩阵 AHm×d\boldsymbol{A} \in \mathbb{H}^{m \times d} 都渐进地达到这些下界。值得注意的是,调和帧 EmRm×2\boldsymbol{E}_m \in \mathbb{R}^{m \times 2}p=2p=2 时对所有 m3m \ge 3 都达到最优下界 3\sqrt{3},因此成为 ARm×2\boldsymbol{A} \in \mathbb{R}^{m \times 2} 范围内的最优探测矩阵。我们的结果提供了 βΨAp\beta_{\Psi_{\boldsymbol{A}}}^{\ell_p} 的首个显式统一下界,并为相位检索的根本稳定性极限提供了洞见。

关键词

引用

@article{arxiv.2506.22053,
  title  = {The Condition Number in Phase Retrieval from Intensity Measurements},
  author = {Haiyang Peng and Deren Han and Meng Huang},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2506.22053},
  year   = {2025}
}