In this paper, we develop structure assisted nonnegative matrix factorization (NMF) methods for blind source separation of degenerate data. The motivation originates from nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, where a multiple mixture NMR spectra are recorded to identify chemical compounds with similar structures. Consider the linear mixing model (LMM), we aim to identify the chemical compounds involved when the mixing process is known to be nearly singular. We first consider a class of data with dominant interval(s) (DI) where each of source signals has dominant peaks over others. Besides, a nearly singular mixing process produces degenerate mixtures. The DI condition implies clustering structures in the data points. Hence, the estimation of the mixing matrix could be achieved by data clustering. Due to the presence of the noise and the degeneracy of the data, a small deviation in the estimation may introduce errors in the output. To resolve this problem and improve robustness of the separation, methods are developed in two aspects. One is to find better estimation of the mixing matrix by allowing a constrained perturbation to the clustering output, and it can be achieved by a quadratic programming. The other is to seek sparse source signals by exploiting the DI condition, and it solves an $\ell_1$ optimization. If no source information is available, we propose to adopt the nonnegative matrix factorization approach by incorporating the matrix structure (parallel columns of the mixing matrix) into the cost function and develop multiplicative iteration rules for the numerical solutions. We present experimental results of NMR data to show the performance and reliability of the method in the applications arising in NMR spectroscopy.


翻译:在本文中,我们为退化数据的盲源分解开发了结构辅助的非负矩阵因子化方法(NMF),动力来自核磁共振(NMR)光谱学,其中记录了多混合物NMR光谱,以识别具有类似结构的化合物。考虑到线性混合模型(LMMM),我们的目标是在已知混合过程几乎为奇数时确定所涉的化学化合物。我们首先考虑每个来源信号具有主导性间隔(DI)的一类数据,其中每个来源信号都具有支配性峰值。此外,几乎单一的混合过程产生变质混合物。DI条件意味着数据点的组合结构。因此,通过数据组群可以对混合矩阵进行估计。由于数据存在噪音和数据变异性,因此估算中的小偏差可能会造成输出错误。为了解决这个问题并提高分离的稳性,我们首先在两个方面制定了方法:通过对混合矩阵输出输出值进行制约,从而找到对混合矩阵的更好估计方法。DI条件的运用意味着数据组合结构的组合结构的组合结构结构。因此,通过数据组合的组合的组合应用可以通过数据组合组合组合结构进行组合结构的组合结构的组合结构来进行估算。因此,通过数据组合来估计。由于数据组合而可以通过数据组而实现,因此,我们通过数据组而使数据组化的模型的功能化的功能化,我们使用其他的计算,通过数据结构的模型的计算,我们使用其他的计算,通过将数据结构的数值的数值进行,通过将数据结构的数值进行细化,我们将数据转换为将数据转换成,我们选择的模型化,我们选择的模型来将数据结构的模型来研究,我们通过将数据结构化,通过将数据结构化,通过将数据结构的数值进行。

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