<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Commun. Netw.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Communications and Networks</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Commun. Netw.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2673-530X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">1604850</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/frcmn.2025.1604850</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Communications and Networks</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Distributed quantile regression over sensor networks via the primal&#x2013;dual hybrid gradient algorithm</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Qin and Liu</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3389/frcmn.2025.1604850">10.3389/frcmn.2025.1604850</ext-link>
</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Qin</surname>
<given-names>Zheng</given-names>
</name>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/3023798/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/Writing - review &#x26; editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Zhaoting</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>School of Communication Engineering</institution>, <institution>Hangzhou Dianzi University</institution>, <addr-line>Hangzhou</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1699096/overview">Ramoni Adeogun</ext-link>, Aalborg University, Denmark</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1181949/overview">Ahmed Aftan</ext-link>, Middle Technical University, Iraq</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/2808152/overview">Ahmad Bazzi</ext-link>, New York University Abu Dhabi, United Arab Emirates</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Zhaoting Liu, <email>liuzhaoting@163.com</email>
</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>17</day>
<month>06</month>
<year>2025</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2025</year>
</pub-date>
<volume>6</volume>
<elocation-id>1604850</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>02</day>
<month>04</month>
<year>2025</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>19</day>
<month>05</month>
<year>2025</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2025 Qin and Liu.</copyright-statement>
<copyright-year>2025</copyright-year>
<copyright-holder>Qin and Liu</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>As one of the important statistical methods, quantile regression (QR) extends traditional regression analysis. In QR, various quantiles of the response variable are modeled as linear functions of the predictors, allowing for a more flexible analysis of how the predictors affect different parts of the response variable distribution. QR offers several advantages over standard linear regression due to its focus on estimating conditional quantiles rather than the conditional mean of the response variable. This paper investigates QR over sensor networks, where each node has access to a local dataset and collaboratively estimates a global QR model. QR solves a non-smooth optimization problem characterized by a piecewise linear loss function, commonly known as the check function. We reformulate this non-smooth optimization problem as the task of finding a saddle point of a convex&#x2013;concave objective and develop a distributed primal&#x2013;dual hybrid gradient (dPDHG) algorithm for this purpose. Theoretical analyses guarantee the convergence of the proposed algorithm under mild assumptions, while experimental results show that the dPDHG algorithm converges significantly faster than subgradient-based schemes.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>primal&#x2013;dual</kwd>
<kwd>quantile regression</kwd>
<kwd>sensor networks</kwd>
<kwd>distribution estimation</kwd>
<kwd>robustness</kwd>
</kwd-group>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Signal Processing for Communications</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Distributed signal processing (<xref ref-type="bibr" rid="B13">Hovine and Bertrand, 2024</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B5">Cattivelli and Sayed, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Schizas et al., 2009</xref>) in wireless sensor networks addresses the challenges of limited energy, processing power, and communication range of individual sensors. By applying collaborative computational algorithms, sensors can operate as a distributed signal processor, overcoming individual limitations and improving energy efficiency. Distributed signal processing is particularly used in various applications where distributed algorithms can enhance the power efficiency by avoiding data centralization, including environmental monitoring, healthcare, and military surveillance. However, the complexity of real-world sensor data often involves non-linear relationships, heteroscedasticity, and outliers. In such environments, traditional distributed methods like least squares regression may fail to provide robust estimates due to the influence of extreme values or noise.</p>
<p>Quantile regression (QR) (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Waldmann, 2018</xref>) offers a solution by estimating conditional quantiles of the data distribution, rather than just the mean, making it more robust to outliers and better suited for modeling heterogeneous data sources. Quantile regression has gained significant attention as a robust approach to regression analysis, particularly in situations where the distribution of the response variable is not symmetric or when outliers are present, and has applications in various fields, including ecology, economics, and industry (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Cade and Noon, 2003</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B3">Ben Taieb et al., 2016</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B26">Wan et al., 2017</xref>). Some efficient numerical methods, including alternating direction method of multipliers (ADMM) (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Mirzaeifard et al., 2024</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B1">Bazzi and Chafii, 2023</xref>), majorize&#x2013;minimize (MM) (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Kai et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Cheng and Kuk, 2024</xref>), and machine learning (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Patidar et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">H&#xfc;ttel et al., 2022</xref>), were used for solving the optimization problem associated with quantile regression. Recent research has focused on distributed quantile regression (dQR) in sensor networks. In distributed sensor networks, where data from different sensors can vary significantly in terms of noise and variability, quantile regression can be applied at the local level to estimate the distributional characteristics of the data at each sensor node. <xref ref-type="bibr" rid="B27">Wang and Li (2018)</xref> proposed a diffusion-based distributed strategy [including a variant for sparse models (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Bazzi et al., 2017</xref>)] for quantile regression over wireless sensor networks. <xref ref-type="bibr" rid="B28">Wang and Lian (2023)</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B16">Lee et al. (2018)</xref>, and <xref ref-type="bibr" rid="B17">Lee et al. (2020)</xref> introduced several consensus-based dQR methods for sensor networks. These methods overcome challenges in distributed settings, including limited storage and transmission power, while maintaining statistical robustness. They offer promising solutions for quantile-based analyses in decentralized sensor networks across diverse applications.</p>
<p>It should be noted that quantile regression involves a non-differentiable optimization problem with a piecewise linear loss function, also known as the check function. Most existing quantile regression algorithms rely on subgradient methods, which typically exhibit sublinear convergence rates. Although these methods have certain merits, they often struggle with slow convergence when tackling the non-differentiability of the optimization problem. Alternatively, techniques such as MM (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Kai et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B8">Cheng and Kuk, 2024</xref>) mitigate the non-differentiability issue by minimizing a smooth majorizer of the check function instead of the function itself. However, these methods can introduce additional computational complexity and may not fully exploit the structure of distributed settings. As a data-driven approach, the machine learning-based methods (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Patidar et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">H&#xfc;ttel et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B9">Delamou et al., 2023</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B20">Njima et al., 2022</xref>) can circumvent the non-differentiability issue. However, it relies heavily on the availability of large datasets, which may not always be feasible or efficient in certain scenarios.</p>
<p>In this paper, we propose a novel approach for diffusion-based distributed quantile regression, leveraging the primal&#x2013;dual hybrid gradient method to find a saddle point of a convex&#x2013;concave objective. This strategy accelerates convergence and significantly enhances the efficiency of the quantile regression process.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Network model and problem formulation</title>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Preliminaries</title>
<p>In this section, we present a brief introduction to quantile regression. Let <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> be a scalar random variable, <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> a <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-dimensional random vector, and <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2223;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2223;</mml:mo>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represent the conditional cumulative distribution function. The conditional quantile <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is defined as follows:<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m6">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>inf</mml:mi>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2223;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>for <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. A linear model is given by <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> input data vector, <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m11">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> deterministic unknown parameter vector of interest, and <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the observed noise following a certain distribution. Unlike standard regression methods, which focus on estimating the mean of <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, quantile regression provides a more comprehensive analysis by modeling different points (quantiles) in the distribution of <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>In the quantile regression model, <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m16">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is assumed to be linearly related to <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as follows: <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>,</inline-formula> where <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-th quantile of the noise. The <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-th quantile of the noise, <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, is not necessarily 0 (e.g., for asymmetric noise distributions). Explicitly including <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m23">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> avoids the restrictive assumption that <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, thereby allowing the model to flexibly adapt to the true noise distribution. Omitting <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> would force the conditional quantile <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to pass through the origin, which is often inappropriate in real-world applications. Since both <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are unknown parameters that must be estimated, the optimization problem for estimating <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be expressed as follows:<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>Here, <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the non-differentiable quantile loss function, also known as the check function, defined as follows:<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="array">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>if&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>if&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>This function adjusts the loss asymmetrically depending on whether the residual <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m34">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is positive or negative, allowing the model to estimate conditional quantiles for different <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> values.</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Network model and problem formulation</title>
<p>Consider a network consisting of <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> nodes distributed over a certain geographic region. Assume that the network is strongly connected, that is, there is no isolated node in the network. Every node <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has access to the realization of zero-mean random data <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m38">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at every time instant <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and is allowed to communicate only with its neighbors <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a scalar measurement, <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> measurement vector, and <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes a set of nodes in the neighborhood of node <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> including itself. Moreover, <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> satisfy a standard lineal regression model<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the measurement noise and <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a deterministic sparse vector of dimension <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>The aim of this study is to develop a distributed quantile regression algorithm to estimate <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> using the dataset <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Recalling <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">Equation 1</xref>, the sparsity-penalized quantile regression estimate of <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is obtained by minimizing the global cost function for quantile regression across the network, formulated as follows:<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">glob</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">loc</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>where<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">loc</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d6;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d6;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>Here, <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">glob</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d6;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> represents the global cost function over the network, and the local cost functions <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">loc</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d6;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which reflect the costs at each node <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are aggregated to form the global objective. The first term in <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref> captures the quantile regression residuals across all nodes <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and data points <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, while the second term imposes <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-norm regularization on <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, encouraging sparsity. In this formulation, <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the augmented input data vector, <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3d6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the augmented parameter vector to be estimated, and <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> weighting matrix with individual entries <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The coefficients <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are non-negative weighting factors, satisfying<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mtext>if</mml:mtext>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2209;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mtext>and</mml:mtext>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>This condition (<xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref>) is explicitly satisfied by widely used weight rules in the distributed optimization literature (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Cattivelli and Sayed, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Tu and Sayed, 2011</xref>). In addition, <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a regularization parameter controlling the sparsity of the solution, and <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m71">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-norm which encourages sparse solutions.</p>
<p>We assume that the underlying network operates under ideal and stable communication conditions. Transient link or node failures&#x2014;well-studied in the distributed network literature (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Gao et al., 2022</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B23">Swain et al., 2018</xref>)&#x2014;are effectively handled using established engineering solutions, such as fault-tolerant protocols, redundancy, and consensus mechanisms, thereby ensuring system reliability.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Distributed primal&#x2013;dual hybrid gradient algorithm</title>
<p>This section first introduces a distributed quantile regression framework and formulates our problem as a saddle-point optimization problem. Subsequently, a distributed primal&#x2013;dual hybrid gradient algorithm (dPDHG) for quantile regression is proposed, and its convergence is analyzed.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Diffusion-based distributed estimation framework</title>
<p>Since the main task of quantile regression is to estimate the parameter vector <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we introduce a diffusion-based distributed estimation framework. In this framework, each node solves its local optimization problem using the subsequently proposed algorithm. The nodes then share their intermediate results with neighboring nodes to collaboratively solve the global quantile regression problem.</p>
<p>By definition in <xref ref-type="disp-formula" rid="e4">Equation 4</xref>, the local cost function of node <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be further expressed as a combination of the local cost functions of its neighboring nodes, i.e., <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>loc</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>loc</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d6;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>,</inline-formula> with <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>loc</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d6;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="&#x2016;" close="&#x2016;">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, each node obtains its estimate <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by combining its newly generated estimate <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the estimates received from its neighboring nodes:<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3d6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mtext>with</mml:mtext>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>loc</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Based on this idea, we will use a distributed strategy in the following subsections to solve the problem (<xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref>).</p>
<p>This study focuses on a diffusion-based framework for decentralized quantile regression. The integration of consensus-based strategies with primal&#x2013;dual hybrid gradient methods for distributed quantile regression, which presents significant algorithmic challenges, is left for future investigation.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Dual problem and saddle point optimization</title>
<p>By definition, we split <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">loc</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">loc</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For the local optimization problem <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>loc</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the check function <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is not differentiable at the origin. To address this, we adopt its conjugate function <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which allows us to express the problem equivalently. The conjugate function is defined as<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>sup</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>if&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>otherwise</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>Using the conjugate function <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we can express <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>sup</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2a;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>sup</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>This suggests that <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m91">
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be expressed as<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an indicator function given by<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>else</mml:mtext>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>We can obtain a dual problem associated with the original function minimization problem <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>J</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mtext>loc</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which can be expressed as follows:<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>This indicates that the global optimization problem (<xref ref-type="disp-formula" rid="e3">Equation 3</xref>) can be formulated as<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>which has a standard saddle-point optimization problem expression with the primal variable <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the dual variable <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Note that we are primarily concerned with the first <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> elements of the vector <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which can be interpreted as the estimate of <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Moreover, <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is defined as <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>3.3 Algorithmic principles and derivations of the dPDHG</title>
<p>This section presents the algorithmic principles and derivations of the proposed dPDHG to solve <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equation 9</xref>. Its basic framework includes the following steps (a)&#x2013;(d), which involve iterative updates of the primal and dual variables <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(a) Update the primal variable <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>prox</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close="">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>prox</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an element-wise proximal operator defined by <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">prox</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>arg</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It is readily deduced that<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="m115">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>prox</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>sign</mml:mtext>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mspace width="2em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="0.3333em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>with <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> being the <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-th element of <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(b) Update the auxiliary variable <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ8">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(c) Each node <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> combines its newly generated estimate <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> with the estimates received from its neighboring nodes, <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>(d) Update the dual variable <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m127">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ9">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>prox</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where one can deduce that the proximal operator <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>prox</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> projects <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> onto the interval <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m131">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> element-wise: <inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>prox</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>min</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(e) Assign global <inline-formula id="inf220">
<mml:math id="m244">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to local <inline-formula id="inf221">
<mml:math id="m245">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for the next iteration.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The algorithm continues iterating until the stopping criterion is met, typically based on the difference between successive iterates or the duality gap. Finally, we summarize the proposed dPDHG algorithm in <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>dPDHG.</p>
</caption>
<table>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">
<bold>Input:</bold> <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">1: <bold>Initialize:</bold> <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">2: <bold>for</bold> <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <bold>do</bold>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3:&#x2003;&#x2003;<bold>for</bold> <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m136">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <bold>do</bold>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">4:&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;<inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>prox</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">5:&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;<inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">6:&#x2003;<bold>end for</bold>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">7:&#x2003;&#x2003;<bold>for</bold> <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m139">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1,2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <bold>do</bold>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">8:&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;<inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">9:&#x2003;&#x2003;&#x2003;&#x2003;<inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mtext>prox</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3c9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">10:&#x2003;&#x2003;<bold>end for</bold>
</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">11:&#x2003;<bold>end for</bold>
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s3-4">
<title>3.4 Selection of the primal&#x2013;dual step sizes</title>
<p>In the above steps, <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the primal&#x2013;dual step sizes chosen to ensure the convergence of the dPDHG algorithm. For the standard form of a convex&#x2013;concave saddle-point optimization problem <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e8;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x27e9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the step sizes <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> chosen to ensure convergence of the PDHG algorithm are required <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Esser et al., 2010</xref>), where <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">Z</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x5c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn mathvariant="bold">0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="script">Z</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">Z</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3c1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For the problem (<xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Equation 9</xref>) mentioned in this paper, <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m147">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be treated as <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">A</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">X</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively.</p>
<p>Note that, for each <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, choosing a small <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and large <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> results in small dual residual <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> but large primal residual <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <italic>vice versa,</italic> where<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m156">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="aligned">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x25b3;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x25b3;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="bold-script">A</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x25b3;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x25b3;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x25b3;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x25b3;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Therefore, adaptive strategies&#x2014;such as those proposed in <xref ref-type="bibr" rid="B12">Goldstein et al. (2015)</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B6">Chambolle et al. (2024)</xref>&#x2014;can also be employed to balance the progress between the primal and dual updates, thereby enhancing the convergence. If the primal residual <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m159">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is sufficiently large compared to the dual residual <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m160">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, for example <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">d</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, we increase the primal step size <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by a factor of <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m163">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and decrease the dual stepsize <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m164">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> by a factor of <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m165">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. If the primal residual is somewhat smaller than the dual residual, we do the opposite. If both residuals are comparable in size, then let the step sizes remain the same on the next iteration. Moreover, when we modify the step size as the iteration continues, we also shrink the adaptivity level to <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m166">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2190;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, for <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Simulation examples</title>
<p>We consider a connected network with <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>30</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> nodes that are positioned randomly on a unit square area, with a maximum communication distance of 0.4 unit length. The three non-zero components of the sparse vector <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> having size <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m170">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>18</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are set as 1.0 with their positions randomly selected, while the others are zeros. The weighting matrix <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e5">Equation 5</xref> is chosen according to the metropolis criterion (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Cattivelli and Sayed, 2010</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B24">Tu and Sayed, 2011</xref>), that is,<disp-formula id="equ10">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="{" close="">
<mml:mrow>
<mml:mtable class="cases">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>max</mml:mi>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>deg</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>deg</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>&#x2009;if&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>&#x2009;if&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mtext>&#x2009;otherwise&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>deg</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the degree of node <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (the cardinality of its closed neighborhood).</p>
<p>We begin by evaluating the performance of the distribution estimation for <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The regressors, <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, are modeled as independent, zero-mean Gaussian random variables in both time and space. Their covariance matrices are assumed to be identity matrices. Moreover, we consider three types of noise <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>: one following the beta distribution and two following heavy-tailed distributions. Specifically, the heavy-tailed noises are generated from Student&#x2019;s t-distribution with 2 degrees of freedom (dof) and the Cauchy distribution. Beta-distributed noise is produced using the MATLAB command <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="monospace">b</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">e</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, which maps the standard beta-distributed values from [0,1] to <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The Student&#x2019;s t-distributed noise is generated using <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="monospace">t</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>dof</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the Cauchy-distributed noise is generated via the transformation: <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="monospace">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> where, for each time step <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and each node <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, a uniform random number in [0,1] is first drawn using <inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="monospace">r</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">a</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">n</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="monospace">d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, shifted to the interval <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.5</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and then transformed using <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to yield a Cauchy-distributed sample.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F1">Figures 1</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> illustrate the transient-network mean-square deviation (MSD) performance of our proposed dPDHG algorithm, compared with three benchmark algorithms: the subgradient-based algorithm (Subgrad) (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Wang and Li, 2018</xref>), the majorization&#x2013;minimization algorithm (MM) (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Kai et al., 2023</xref>), accelerated proximal-based gradient methods(APG) (<xref ref-type="bibr" rid="B7">Chen and Ozdaglar, 2012</xref>), and the least mean squares (LMS) algorithm (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Liu et al., 2012</xref>). The transient network MSD is defined as <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the results are presented for different quantile levels, <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.2</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.6</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0.8</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <xref ref-type="fig" rid="F1">Figures 1</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> are presented under the presence of beta-distributed noise, <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-distributed noise, and Cauchy noise, respectively.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>The transient network MSDs of the proposed dPDHG algorithm compared with three benchmark distributed algorithms: the Subgrad, the MM, and the LMS, and the APA algorithms for estimating <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the beta-distributed noise.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-06-1604850-g001.tif"/>
</fig>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>The transient-network MSDs of the proposed dPDHG algorithm compared with three benchmark distributed algorithms: the Subgrad, the MM, and the LMS, and the APA algorithms for estimating <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the t-distribution noise.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-06-1604850-g002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>The transient network MSDs of the proposed dPDHG algorithm compared with three benchmark distributed algorithms: the Subgrad, the MM, and the LMS, and the APA algorithms for estimating <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c9;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the Cauchy noise.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-06-1604850-g003.tif"/>
</fig>
<p>Across all quantile levels, our algorithm demonstrates superior convergence properties, achieving the lowest MSD values at steady state, compared to the other algorithms. The APG and LMS algorithms exhibit the highest MSD, indicating poor adaptation to the beta-distributed noise, <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m198">
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-distributed noise, and the Cauchy noise. The MM algorithm outperforms Subgrad but converges to higher MSD values than our approach. Subgrad shows moderate performance but struggles to maintain consistent improvements across iterations. These results highlight the robustness and efficiency of the proposed DQR algorithm in addressing distributed quantile regression tasks.</p>
<p>We further consider a practical application in spectrum estimation for a narrow-band source. A peaky spectrum can be modeled by an <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-order sparse AR process (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Liu et al., 2012</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B22">Schizas et al., 2009</xref>): <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m200">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>,</inline-formula> where <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is a noise and <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the AR coefficients. The source propagates to sensor <inline-formula id="inf183">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> via a transmission channel modeled by a <inline-formula id="inf184">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>-order FIR filter, yielding an observation <inline-formula id="inf185">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>,</inline-formula> where <inline-formula id="inf186">
<mml:math id="m206">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is an additive sensing noise and <inline-formula id="inf187">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the FIR coefficients. It is readily deduced that <inline-formula id="inf188">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be rewritten as an autoregressive moving average (ARMA) process (see <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix A</xref>):<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>where the MA coefficients <inline-formula id="inf189">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the variance of the white noise <inline-formula id="inf190">
<mml:math id="m211">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> depend on <inline-formula id="inf191">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the variances of the noise terms <inline-formula id="inf192">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf193">
<mml:math id="m214">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. For more details, refer to <xref ref-type="app" rid="app1">Appendix A</xref>. To determine the spectral contents of the source, the MA term in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref> can be treated as an observation noise, and then the spectral peaks of the source can be obtained by estimating the AR coefficients <inline-formula id="inf194">
<mml:math id="m215">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. By letting <inline-formula id="inf195">
<mml:math id="m216">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf196">
<mml:math id="m217">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">w</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the problem of spectrum estimation fits our model (<xref ref-type="disp-formula" rid="e2">Equation 2</xref>) and becomes that of the distributed estimation as mentioned above.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4</xref>&#x2013;<xref ref-type="fig" rid="F6">6</xref> compare the true source spectrum with the estimated results averaged across <inline-formula id="inf197">
<mml:math id="m218">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> nodes under three distinct channel noise distributions: beta-distributed, t-distributed, and Cauchy noise <inline-formula id="inf198">
<mml:math id="m219">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The noise sequences are generated using the methodology outlined previously, maintaining consistent simulation parameters. In this simulation, we configure the AR coefficients and channel parameters as follows:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf199">
<mml:math id="m220">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2022;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The peaked spectrum is generated from a 20th-order autoregressive (AR) model (order <inline-formula id="inf200">
<mml:math id="m221">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>20</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>). The true spectral peaks are located at normalized frequencies corresponding to 160&#xa0;Hz and 200&#xa0;Hz.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf201">
<mml:math id="m222">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2022;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The multipath channels have a fixed length of <inline-formula id="inf202">
<mml:math id="m223">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> for all <inline-formula id="inf203">
<mml:math id="m224">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf204">
<mml:math id="m225">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2022;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The FIR channel coefficients <inline-formula id="inf205">
<mml:math id="m226">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are generated using the <monospace>randn(2,1)</monospace> command in MATLAB, producing standard normal random values.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>
<inline-formula id="inf206">
<mml:math id="m227">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2022;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> The AR process noise <inline-formula id="inf207">
<mml:math id="m228">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is modeled as zero-mean Gaussian random variables with variance <inline-formula id="inf208">
<mml:math id="m229">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>The spectrum estimation results of the proposed dPDHG algorithm compared with two benchmark distributed algorithms: Subgrad and MM. The comparison is conducted in the presence of beta-distributed noise <inline-formula id="inf209">
<mml:math id="m230">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-06-1604850-g004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>The spectrum estimation results of the proposed dPDHG algorithm compared with two benchmark distributed algorithms: Subgrad and MM. The comparison is conducted in the presence of t-distributed noise <inline-formula id="inf210">
<mml:math id="m231">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-06-1604850-g005.tif"/>
</fig>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>The spectrum estimation results of the proposed dPDHG algorithm compared with two benchmark distributed algorithms: Subgrad and MM. The comparison is conducted in the presence of Cauchy noise <inline-formula id="inf211">
<mml:math id="m232">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="frcmn-06-1604850-g006.tif"/>
</fig>
<p>As shown in these figures, our algorithm closely matches the true spectrum across all tested quantile levels, achieving higher estimation accuracy than the benchmark algorithms. These results highlight the robustness and precision of the proposed dPDHG algorithm in estimating the spectrum of narrow-band sources under challenging noise conditions.</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s5">
<title>5 Conclusion</title>
<p>This paper investigated distributed robust estimation in sensor networks and introduced a distributed quantile regression algorithm based on the primal&#x2013;dual hybrid gradient method. The proposed algorithm effectively addresses the challenge of non-differentiability in the optimization problem by iteratively identifying the saddle point of a convex&#x2013;concave objective. Additionally, it mitigates the issue of slow convergence commonly associated with such problems. The method demonstrates robustness, scalability, and suitability for processing large-scale data distributed across sensor networks.</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>The raw data supporting the conclusions of this article will be made available by the authors, without undue reservation.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>ZQ: Writing &#x2013; review and editing. ZL: Writing &#x2013; original draft.</p>
</sec>
<sec sec-type="funding-information" id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare that no financial support was received for the research and/or publication of this article.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s9">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="ai-statement" id="s10">
<title>Generative AI statement</title>
<p>The author(s) declare that no Generative AI was used in the creation of this manuscript.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s11">
<title>Publisher&#x2019;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bazzi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chafii</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>On integrated sensing and communication waveforms with tunable papr</article-title>. <source>IEEE Trans. Wirel. Commun.</source> <volume>22</volume>, <fpage>7345</fpage>&#x2013;<lpage>7360</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TWC.2023.3250263</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Bazzi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Slock</surname>
<given-names>D. T. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Meilhac</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). &#x201c;<article-title>A Newton-type forward backward greedy method for multi-snapshot compressed sensing</article-title>,&#x201d; in <source>2017 51st asilomar conference on signals, systems, and computers</source>, <fpage>1178</fpage>&#x2013;<lpage>1182</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ACSSC.2017.8335537</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Ben Taieb</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huser</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hyndman</surname>
<given-names>R. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Genton</surname>
<given-names>M. G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Forecasting uncertainty in electricity smart meter data by boosting additive quantile regression</article-title>. <source>IEEE Trans. Smart Grid</source> <volume>7</volume>, <fpage>2448</fpage>&#x2013;<lpage>2455</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSG.2016.2527820</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cade</surname>
<given-names>B. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Noon</surname>
<given-names>B. R.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2003</year>). <article-title>A gentle introduction to quantile regression for ecologists</article-title>. <source>Front. Ecol. Environ.</source> <volume>1</volume>, <fpage>412</fpage>&#x2013;<lpage>420</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1890/1540-9295(2003)001[0412:agitqr]2.0.co;2</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cattivelli</surname>
<given-names>F. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sayed</surname>
<given-names>A. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>Diffusion LMS strategies for distributed estimation</article-title>. <source>IEEE Trans. Signal Process.</source> <volume>58</volume>, <fpage>1035</fpage>&#x2013;<lpage>1048</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tsp.2009.2033729</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chambolle</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Delplancke</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ehrhardt</surname>
<given-names>M. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;nlieb</surname>
<given-names>C.-B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Stochastic primal&#x2013;dual hybrid gradient algorithm with adaptive step sizes</article-title>. <source>J. Math. Imaging Vis.</source> <volume>66</volume>, <fpage>294</fpage>&#x2013;<lpage>313</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10851-024-01174-1</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Chen</surname>
<given-names>A. I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ozdaglar</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). &#x201c;<article-title>A fast distributed proximal-gradient method</article-title>,&#x201d; in <source>2012 50th annual allerton Conference on communication, control, and computing (allerton)</source> (<publisher-name>IEEE</publisher-name>).</citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cheng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kuk</surname>
<given-names>A. Y. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>MM algorithms for statistical estimation in quantile regression</article-title>
</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Delamou</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bazzi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chafii</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Amhoud</surname>
<given-names>E. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). &#x201c;<article-title>Deep learning-based estimation for multitarget radar detection</article-title>,&#x201d; in <source>2023 IEEE 97th vehicular technology conference (VTC2023-Spring)</source>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/VTC2023-Spring57618.2023.10200157</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Esser</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chan</surname>
<given-names>T. F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2010</year>). <article-title>A general framework for a class of first order primal-dual algorithms for convex optimization in imaging science</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci.</source> <volume>3</volume>, <fpage>1015</fpage>&#x2013;<lpage>1046</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/09076934x</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Niu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sheng</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Distributed fault-tolerant state estimation for a class of nonlinear systems over sensor networks with sensor faults and random link failures</article-title>. <source>IEEE Syst. J.</source> <volume>16</volume>, <fpage>6328</fpage>&#x2013;<lpage>6337</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jsyst.2022.3142183</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Goldstein</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yuan</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2015</year>). &#x201c;<article-title>Adaptive primal-dual splitting methods for statistical learning and image processing</article-title>,&#x201d; in <source>Proceedings of the 29th international conference on neural information processing systems - volume 2</source> (<publisher-loc>Cambridge, MA, USA</publisher-loc>: <publisher-name>MIT Press</publisher-name>), <fpage>2089</fpage>&#x2013;<lpage>2097</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hovine</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bertrand</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>A distributed adaptive algorithm for non-smooth spatial filtering problems in wireless sensor networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Signal Process.</source> <volume>72</volume>, <fpage>4682</fpage>&#x2013;<lpage>4697</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2024.3474168</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>H&#xfc;ttel</surname>
<given-names>F. B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peled</surname>
<given-names>I.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rodrigues</surname>
<given-names>F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pereira</surname>
<given-names>F. C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Modeling censored mobility demand through censored quantile regression neural networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Intelligent Transp. Syst.</source> <volume>23</volume>, <fpage>21753</fpage>&#x2013;<lpage>21765</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TITS.2022.3190194</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kai</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yao</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>Nonparametric and semiparametric quantile regression via a New MM algorithm</article-title>. <source>J. Comput. Graph. Stat.</source> <volume>32</volume>, <fpage>1613</fpage>&#x2013;<lpage>1623</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/10618600.2023.2184374</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tepedelenlioglu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spanias</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Consensus-based distributed quantile estimation in sensor networks</article-title>. <source>arXiv Prepr. arXiv:1805.00154</source>.</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tepedelenlioglu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Spanias</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Muniraju</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>ngermanDistributed quantiles estimation of sensor network measurements</article-title>. <source>Int. J. Smart Secur. Technol.</source> <volume>7</volume>, <fpage>38</fpage>&#x2013;<lpage>61</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.4018/ijsst.2020070103</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2012</year>). <article-title>Diffusion sparse least-mean squares over networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Signal Process.</source> <volume>60</volume>, <fpage>4480</fpage>&#x2013;<lpage>4485</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tsp.2012.2198468</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mirzaeifard</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Venkategowda</surname>
<given-names>N. K. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gogineni</surname>
<given-names>V. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Werner</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2024</year>). <article-title>Smoothing admm for sparse-penalized quantile regression with non-convex penalties</article-title>. <source>IEEE Open J. Signal Process.</source> <volume>5</volume>, <fpage>213</fpage>&#x2013;<lpage>228</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/OJSP.2023.3344395</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Njima</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bazzi</surname>
<given-names>A.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Chafii</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Dnn-based indoor localization under limited dataset using gans and semi-supervised learning</article-title>. <source>IEEE Access</source> <volume>10</volume>, <fpage>69896</fpage>&#x2013;<lpage>69909</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ACCESS.2022.3187837</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Patidar</surname>
<given-names>V. K.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wadhvani</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shukla</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gupta</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gyanchandani</surname>
<given-names>M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). &#x201c;<article-title>Quantile regression comprehensive in machine learning: a review</article-title>,&#x201d; in <source>2023 IEEE international students&#x2019; conference on electrical, electronics and computer science (SCEECS)</source>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/SCEECS57921.2023.10063026</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schizas</surname>
<given-names>I. D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mateos</surname>
<given-names>G.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Giannakis</surname>
<given-names>G. B.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2009</year>). <article-title>Distributed LMS for consensus-based in-network adaptive processing</article-title>. <source>IEEE Trans. Signal Process.</source> <volume>57</volume>, <fpage>2365</fpage>&#x2013;<lpage>2382</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/tsp.2009.2016226</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Swain</surname>
<given-names>R.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Khilar</surname>
<given-names>P. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dash</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Fault diagnosis and its prediction in wireless sensor networks using regressional learning to achieve fault tolerance</article-title>. <source>Int. J. Commun. Syst.</source> <volume>31</volume>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/dac.3769</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tu</surname>
<given-names>S.-Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sayed</surname>
<given-names>A. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Mobile adaptive networks</article-title>. <source>IEEE J. Sel. Top. Signal Process.</source> <volume>5</volume>, <fpage>649</fpage>&#x2013;<lpage>664</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/jstsp.2011.2125943</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Waldmann</surname>
<given-names>E.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Quantile regression: a short story on how and why</article-title>. <source>Stat. Model.</source> <volume>18</volume>, <fpage>203</fpage>&#x2013;<lpage>218</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1471082x18759142</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wan</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lin</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Dong</surname>
<given-names>Z. Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Direct quantile regression for nonparametric probabilistic forecasting of wind power generation</article-title>. <source>IEEE Trans. Power Syst.</source> <volume>32</volume>, <fpage>2767</fpage>&#x2013;<lpage>2778</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TPWRS.2016.2625101</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Distributed quantile regression over sensor networks</article-title>. <source>IEEE Trans. Signal Inf. Process. over Netw.</source> <volume>4</volume>, <fpage>338</fpage>&#x2013;<lpage>348</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSIPN.2017.2699923</pub-id>
</citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Lian</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2023</year>). <article-title>On linear convergence of ADMM for decentralized quantile regression</article-title>. <source>IEEE Trans. Signal Process.</source> <volume>71</volume>, <fpage>3945</fpage>&#x2013;<lpage>3955</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2023.3325622</pub-id>
</citation>
</ref>
</ref-list>
<app-group>
<app id="app1">
<title>Appendix</title>
<sec>
<title>Appendix A spectrum estimation</title>
<p>Since <inline-formula id="inf212">
<mml:math id="m233">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is generated by an AR process, we substitute the AR model into the FIR filter equation. For each <inline-formula id="inf213">
<mml:math id="m234">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, replace it with its corresponding AR expression: <inline-formula id="inf214">
<mml:math id="m235">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> Thus, the observation model <inline-formula id="inf215">
<mml:math id="m236">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> becomes<disp-formula id="eA1">
<mml:math id="m237">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:munderover>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
</mml:mstyle>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(A1)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf216">
<mml:math id="m238">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf217">
<mml:math id="m239">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are defined as follows:<disp-formula id="equ11">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ12">
<mml:math id="m241">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold-italic">&#x3b7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22a4;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>both vectors having a length of <inline-formula id="inf218">
<mml:math id="m242">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="eA1">Appendix Equation A.1</xref> expresses <inline-formula id="inf219">
<mml:math id="m243">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> as a combination of past observations (the AR part) and past noise (the MA part), thus forming the desired ARMA process, as shown in <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Equation 11</xref>.</p>
</sec>
</app>
</app-group>
</back>
</article>