<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Comput. Sci.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Computer Science</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Comput. Sci.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2624-9898</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fcomp.2023.1131317</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Computer Science</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Difference of anisotropic and isotropic TV for segmentation under blur and Poisson noise</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Bui</surname> <given-names>Kevin</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/890261/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Lou</surname> <given-names>Yifei</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/1617882/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Park</surname> <given-names>Fredrick</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/890294/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Xin</surname> <given-names>Jack</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/890249/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Mathematics, University of California, Irvine</institution>, <addr-line>Irvine, CA</addr-line>, <country>United States</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Mathematical Sciences, University of Texas at Dallas</institution>, <addr-line>Richardson, TX</addr-line>, <country>United States</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Department of Mathematics &#x00026; Computer Science, Whittier College</institution>, <addr-line>Whittier, CA</addr-line>, <country>United States</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: You-wei Wen, Hunan Normal University, China</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Saneera Hemantha Kulathilake, Rajarata University of Sri Lanka, Sri Lanka; Yide Zhang, California Institute of Technology, United States; Tingting Wu, Nanjing University of Posts and Telecommunications, China</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Kevin Bui <email>kevinb3&#x00040;uci.edu</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>28</day>
<month>06</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>5</volume>
<elocation-id>1131317</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>24</day>
<month>12</month>
<year>2022</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>03</day>
<month>05</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2023 Bui, Lou, Park and Xin.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Bui, Lou, Park and Xin</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>In this paper, we aim to segment an image degraded by blur and Poisson noise. We adopt a smoothing-and-thresholding (SaT) segmentation framework that finds a piecewise-smooth solution, followed by <italic>k</italic>-means clustering to segment the image. Specifically for the image smoothing step, we replace the least-squares fidelity for Gaussian noise in the Mumford-Shah model with a maximum posterior (MAP) term to deal with Poisson noise and we incorporate the weighted difference of anisotropic and isotropic total variation (AITV) as a regularization to promote the sparsity of image gradients. For such a nonconvex model, we develop a specific splitting scheme and utilize a proximal operator to apply the alternating direction method of multipliers (ADMM). Convergence analysis is provided to validate the efficacy of the ADMM scheme. Numerical experiments on various segmentation scenarios (grayscale/color and multiphase) showcase that our proposed method outperforms a number of segmentation methods, including the original SaT.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>image segmentation</kwd>
<kwd>total variation</kwd>
<kwd>nonconvex optimization</kwd>
<kwd>ADMM</kwd>
<kwd>Poisson noise</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="10"/>
<table-count count="3"/>
<equation-count count="101"/>
<ref-count count="81"/>
<page-count count="19"/>
<word-count count="9566"/>
</counts>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Computer Vision</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Image segmentation partitions an image into multiple, coherent regions, where pixels of one region share similar characteristics such as colors, textures, and edges. It remains an important yet challenging problem in computer vision that has various applications, including magnetic resonance imaging (Duan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B26">2015</xref>; Tongbram et al., <xref ref-type="bibr" rid="B62">2021</xref>; Li et al., <xref ref-type="bibr" rid="B40">2022</xref>) and microscopy (Zosso et al., <xref ref-type="bibr" rid="B81">2017</xref>; Bui et al., <xref ref-type="bibr" rid="B7">2020</xref>). One of the most fundamental models for image segmentation is the Mumford-Shah model (Mumford and Shah, <xref ref-type="bibr" rid="B50">1989</xref>) because of its robustness to noise. Given an input image <italic>f</italic>:&#x003A9; &#x02192; &#x0211D; defined on an open, bounded, and connected domain &#x003A9; &#x02282; &#x0211D;<sup>2</sup>, the Mumford-Shah model is formulated as</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext><mml:mo>&#x0005C;</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>Length</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>u</italic>:&#x003A9; &#x02192; &#x0211D; is a piecewise-smooth approximation of the image <italic>f</italic>, &#x00393; &#x02282; &#x003A9; is a compact curve representing the region boundaries, and &#x003BB;, &#x003BC; &#x0003E; 0 are the weight parameters. The first term in (1) is the fidelity term that ensures that the solution <italic>u</italic> approximates the image <italic>f</italic>. The second term enforces <italic>u</italic> to be piecewise smooth on &#x003A9;\&#x00393;. The last term measures the perimeter, or more mathematically the one-dimensional Haussdorf measure in &#x0211D;<sup>2</sup> (Bar et al., <xref ref-type="bibr" rid="B4">2011</xref>), of the curve &#x00393;. However, (1) is difficult to solve because the unknown set of boundaries needs to be discretized. One common approach involves approximating the objective function in (1) by a sequence of elliptic functionals (Ambrosio and Tortorelli, <xref ref-type="bibr" rid="B1">1990</xref>).</p>
<p>Alternatively, Chan and Vese (<xref ref-type="bibr" rid="B18">2001</xref>) (CV) simplified (1) by assuming the solution <italic>u</italic> to be piecewise constant with two phases or regions, thereby making the model easier to solve via the level-set method (Osher and Sethian, <xref ref-type="bibr" rid="B51">1988</xref>). Let the level-set function <italic>&#x003D5;</italic> be Lipschitz continuous and be defined as follows:</p>
<disp-formula id="E2"><mml:math id="M2"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;is&#x000A0;inside&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;is&#x000A0;at&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;is&#x000A0;outside&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>By the definition of <italic>&#x003D5;</italic>, the curve &#x00393; is represented by <italic>&#x003D5;</italic>(<italic>x</italic>) &#x0003D; 0. The image region can be defined as either inside or outside the curve &#x00393;. In short, the CV model is formulated as</p>
<disp-formula id="E3"><label>(2)</label><mml:math id="M3"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003BB;, &#x003BD; are weight parameters, the constants <italic>c</italic><sub>1</sub>, <italic>c</italic><sub>2</sub> are the mean intensity values of the two regions, and <italic>H</italic>(<italic>&#x003D5;</italic>) is the Heaviside function defined by <italic>H</italic>(<italic>&#x003D5;</italic>) &#x0003D; 1 if <italic>&#x003D5;</italic> &#x02265; 0 and <italic>H</italic>(<italic>&#x003D5;</italic>) &#x0003D; 0 otherwise. A convex relaxation (Chan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B17">2006</xref>) of (2) was formulated as</p>
<disp-formula id="E4"><mml:math id="M4"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>c</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where an image segmentation &#x00169; is obtained by thresholding <italic>u</italic>, that is</p>
<disp-formula id="E5"><mml:math id="M5"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mtext>&#x003C4;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mtext>&#x003C4;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>for some value &#x003C4; &#x02208; (0, 1). It can be solved efficiently by convex optimization algorithms, such as the alternating direction method of multipliers (ADMM) (Boyd et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">2011</xref>) and primal-dual hybrid gradient (Chambolle and Pock, <xref ref-type="bibr" rid="B15">2011</xref>). A multiphase extension of (2) was proposed in Vese and Chan (<xref ref-type="bibr" rid="B64">2002</xref>), but it requires that the number of regions to be segmented is a power of 2. For segmenting into an arbitrary number of regions, fuzzy membership functions were incorporated (Li et al., <xref ref-type="bibr" rid="B38">2010</xref>).</p>
<p>Cai et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B12">2013</xref>) proposed the smoothing-and-thresholding (SaT) framework that is related to the model (1). In the smoothing step of SaT, a convex variant of (1) is formulated as</p>
<disp-formula id="E6"><label>(3)</label><mml:math id="M6"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>arg</mml:mi><mml:munder><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:munder><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>yielding a piecewise-smooth solution <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup>. The blurring operator <italic>A</italic> is included in the case when the image <italic>f</italic> is blurred. The total variation (TV) term <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a convex approximation of the length term in (2) by the coarea formula (Chan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B17">2006</xref>). After the smoothing step, a thresholding step is applied to the smooth image <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> to segment it into multiple regions. The two-stage framework has many advantages. First, the smoothing model (3) is strongly convex, so it can be solved by any convex optimization algorithm to obtain a unique solution <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup>. Second, the user can adjust the number of thresholds to segment <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> and the threshold values to obtain a satisfactory segmentation result, thanks to the flexibility of the thresholding step. Furthermore, the SaT framework can be adapted to color images by incorporating an intermediate lifting step (Cai et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>). Before performing the thresholding step, the lifting step converts the RGB space to Lab (perceived lightness, red- green and yellow-blue) color space and concatenates both RGB and Lab intensity values into a six-channel image. The multi-stage framework for color image segmentation is called smoothing, lifting, and thresholding (SLaT).</p>
<p>One limitation of (3) lies in the &#x02113;<sub>2</sub> fidelity term that is statistically designed for images corrupted by additive Gaussian noise, and as a result, the smoothing step is not applicable to other types of noise distribution. In this paper, we aim at Poisson noise, which is commonly encountered when an image is taken by photon-capturing devices such as in positron emission tomography (Vardi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B63">1985</xref>) and astronomical imaging (Lant&#x000E9;ri and Theys, <xref ref-type="bibr" rid="B36">2005</xref>). By using the data fidelity term of <italic>Au</italic> &#x02212; <italic>f</italic>log<italic>Au</italic> (Le et al., <xref ref-type="bibr" rid="B37">2007</xref>), we obtain a smoothing model that is appropriate for Poisson noise (Chan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B16">2014</xref>):</p>
<disp-formula id="E7"><label>(4)</label><mml:math id="M8"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:munder><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msub><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>As a convex approximation of the length term in (1), the TV term in (4) can be further improved by nonconvex regularizations. The TV regularization is defined by the &#x02113;<sub>1</sub> norm of the image gradient. Literature has shown that nonconvex regularizations often yield better performance than the convex &#x02113;<sub>1</sub> norm in identifying sparse solutions. Examples of nonconvex regularization include &#x02113;<sub><italic>p</italic></sub>, 0 &#x0003C; <italic>p</italic> &#x0003C; 1 (Chartrand, <xref ref-type="bibr" rid="B20">2007</xref>; Xu Z. et al., <xref ref-type="bibr" rid="B77">2012</xref>; Cao et al., <xref ref-type="bibr" rid="B13">2013</xref>), &#x02113;<sub>1</sub> &#x02212; &#x003B1;&#x02113;<sub>2</sub>, &#x003B1; &#x02208; [0, 1] (Lou et al., <xref ref-type="bibr" rid="B45">2015a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B47">b</xref>; Ding and Han, <xref ref-type="bibr" rid="B25">2019</xref>; Li P. et al., <xref ref-type="bibr" rid="B42">2020</xref>; Ge and Li, <xref ref-type="bibr" rid="B29">2021</xref>), &#x02113;<sub>1</sub>/&#x02113;<sub>2</sub> (Rahimi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B56">2019</xref>; Wang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B67">2020</xref>; Xu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B75">2021</xref>), and an error function (Guo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B31">2021</xref>). Lou et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B48">2015c</xref>) designed a TV version of &#x02113;<sub>1</sub> &#x02212; &#x003B1;&#x02113;<sub>2</sub> called the weighted difference of anisotropic&#x02013;isotropic total variation (AITV), which outperforms TV in various imaging applications, such as image denoising (Lou et al., <xref ref-type="bibr" rid="B48">2015c</xref>), image reconstruction (Lou et al., <xref ref-type="bibr" rid="B48">2015c</xref>; Li P. et al., <xref ref-type="bibr" rid="B42">2020</xref>), and image segmentation (Bui et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2021</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B8">2022</xref>; Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B74">2022b</xref>).</p>
<p>In this paper, we propose an AITV variant of (4) to improve the smoothing step of the SaT/SLaT framework for images degraded by Poisson noise and/or blur. Incorporating AITV regularization is motivated by our previous works (Park et al., <xref ref-type="bibr" rid="B53">2016</xref>; Bui et al., <xref ref-type="bibr" rid="B9">2021</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B8">2022</xref>), where we demonstrated that AITV regularization is effective in preserving edges and details, especially under Gaussian and impulsive noise. To maintain similar computational efficiency as the original SaT/SLaT framework, we propose an ADMM algorithm that utilizes the &#x02113;<sub>1</sub> &#x02212; &#x003B1;&#x02113;<sub>2</sub> proximal operator (Lou and Yan, <xref ref-type="bibr" rid="B46">2018</xref>). The main contributions of this paper are as follows:</p>
<list list-type="bullet">
<list-item><p>We propose an AITV-regularized variant of (4) and prove the existence of a minimizer for the model.</p></list-item>
<list-item><p>We develop a computationally efficient ADMM algorithm and provide its convergence analysis under certain conditions.</p></list-item>
<list-item><p>We conduct numerical experiments on various grayscale/color images to demonstrate the effectiveness of the proposed approach.</p></list-item>
</list>
<p>The rest of the paper is organized as follows. Section 2 describes the background information such as notations, Poisson noise, and the SaT/SLaT framework. In Section 3, we propose a simplified Mumford-Shah model with AITV and a MAP data fidelity term for Poisson noise. In the same section, we show that the model has a global minimizer and develop an ADMM algorithm with convergence analysis. In Section 4, we evaluate the performance of the AITV Poisson SaT/SLaT framework on various grayscale and color images. Lastly, we conclude the paper in Section 5.</p></sec>
<sec id="s2">
<title>2. Preliminaries</title>
<sec>
<title>2.1. Notation</title>
<p>Throughout the rest of the paper, we represent images and mathematical models in discrete notations (i.e., vectors and matrices). An image is represented as an <italic>M</italic> &#x000D7; <italic>N</italic> matrix, and hence the image domain is denoted by &#x003A9; &#x0003D; {1, 2, &#x02026;, <italic>M</italic>} &#x000D7; {1, 2, &#x02026;, <italic>N</italic>}. We define two inner product spaces: <italic>X</italic>: &#x0003D; &#x0211D;<sup><italic>M</italic>&#x000D7;<italic>N</italic></sup> and <italic>Y</italic>: &#x0003D; <italic>X</italic> &#x000D7; <italic>X</italic>. Let <italic>u</italic> &#x02208; <italic>X</italic>. For shorthand notation, we define <italic>u</italic> &#x02265; 0 if <italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> &#x02265; 0 for all (<italic>i,j</italic>) &#x02208; &#x003A9;. The discrete gradient operator &#x02207;:<italic>X</italic>&#x02192;<italic>Y</italic> is defined by (&#x02207;<italic>u</italic>)<sub><italic>i, j</italic></sub> &#x0003D; [(<sub>&#x02207;<sub><italic>x</italic></sub><italic>u</italic>)<italic>i, j</italic></sub>, (<sub>&#x02207;<sub><italic>y</italic></sub><italic>u</italic>)<italic>i, j</italic></sub>], where</p>
<disp-formula id="E8"><mml:math id="M9"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E9"><mml:math id="M10"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The space <italic>X</italic> is equipped with the standard inner product &#x02329;&#x000B7;, &#x000B7;&#x0232A;<sub><italic>X</italic></sub>, and Euclidean norm ||&#x000B7;||<sub>2</sub>. The space <italic>Y</italic> has the following inner product and norms: for <italic>p</italic> &#x0003D; (<italic>p</italic><sub>1</sub>, <italic>p</italic><sub>2</sub>) &#x02208; <italic>Y</italic> and <italic>q</italic> &#x0003D; (<italic>q</italic><sub>1</sub>, <italic>q</italic><sub>2</sub>) &#x02208; <italic>Y</italic>,</p>
<disp-formula id="E10"><mml:math id="M11"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>q</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover ><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover ><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover ><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover ><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover ><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover ><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>p</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>For brevity, we omit the subscript <italic>X</italic> or <italic>Y</italic> in the inner product when its context is clear.</p></sec>
<sec>
<title>2.2. AITV regularization</title>
<p>There are two popular discretizations of total variation: the isotropic TV (Rudin et al., <xref ref-type="bibr" rid="B58">1992</xref>) and the anisotropic TV (Choksi et al., <xref ref-type="bibr" rid="B21">2011</xref>), which are defined by</p>
<disp-formula id="E11"><mml:math id="M12"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>||</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</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:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>||</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</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:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>respectively. This work is based on the weighted difference between anisotropic and isotropic TV (AITV) regularization (Lou et al., <xref ref-type="bibr" rid="B48">2015c</xref>), defined by</p>
<disp-formula id="E12"><label>(5)</label><mml:math id="M13"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>for a weighting parameter &#x003B1; &#x02208; [0, 1]. The range of &#x003B1; ensures the non-negativity of the AITV regularization. Note that anisotropic TV is defined as the &#x02113;<sub>1</sub> norm of the image gradient [(<sub>&#x02207;<sub><italic>x</italic></sub><italic>u</italic>)<italic>i,j</italic></sub>, (<sub>&#x02207;<sub><italic>y</italic></sub><italic>u</italic>)<italic>i,j</italic></sub>] at the pixel location (<italic>i, j</italic>) &#x02208; &#x003A9;, while isotropic TV is the &#x02113;<sub>2</sub> norm on the gradient vector. As a result, AITV can be viewed as the &#x02113;<sub>1</sub> &#x02212; &#x003B1;&#x02113;<sub>2</sub> regularization on the gradient vector at every pixel, thereby enforcing sparsity individually at each gradient vector.</p></sec>
<sec>
<title>2.3. Poisson noise</title>
<p>Poisson noise follows the Poisson distribution with mean and variance &#x003B7;, whose probability mass function is given by</p>
<disp-formula id="E13"><label>(6)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</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:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For a clean image <italic>g</italic> &#x02208; <italic>X</italic>, its intensity value at each pixel <italic>g</italic><sub><italic>i, j</italic></sub> serves as the mean and variance for the corresponding noisy observation <italic>f</italic> &#x02208; <italic>X</italic> defined by</p>
<disp-formula id="E14"><mml:math id="M15"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Poisson</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>To recover the image <italic>g</italic> from the noisy image <italic>f</italic>, we find its maximum a posteriori (MAP) estimation <italic>u</italic>, which maximizes the probability &#x02119;(<italic>u</italic>|<italic>f</italic>). By Bayes&#x00027; theorem, we have</p>
<disp-formula id="E15"><mml:math id="M16"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><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:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>It further follows from the definition (6) that</p>
<disp-formula id="E16"><mml:math id="M17"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since Poisson noise is i.i.d. pixelwise, we have</p>
<disp-formula id="E17"><mml:math id="M18"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>!</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The MAP estimate of &#x02119;(<italic>u</italic>|<italic>f</italic>) is equivalent to its negative logarithm, thus leading to the following optimization problem:</p>
<disp-formula id="E18"><label>(7)</label><mml:math id="M19"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>&#x02119;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The last term &#x02212;log &#x02119;(<italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub>) can be regarded as an image prior or a regularization. For example, Le et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B37">2007</xref>) considered the isotropic total variation as the image prior and proposed a Poisson denoising model</p>
<disp-formula id="E19"><label>(8)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>||</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where log is applied pixelwise and 11 is the matrix whose entries are all 1&#x00027;s. The first term in (8) is a concise notation that is commonly used as a fidelity term for Poisson denoising in various imaging applications (Le et al., <xref ref-type="bibr" rid="B37">2007</xref>; Chan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B16">2014</xref>; Wen et al., <xref ref-type="bibr" rid="B70">2016</xref>; Chang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B19">2018</xref>; Chowdhury et al., <xref ref-type="bibr" rid="B22">2020a</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B23">b</xref>).</p></sec>
<sec>
<title>2.4. Review of Poisson SaT/SLaT</title>
<p>A Poisson SaT framework (Chan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B16">2014</xref>) consists of two steps. Given a noisy grayscale image <italic>f</italic> &#x02208; <italic>X</italic> corrupted by Poisson noise, the first step is the smoothing step that finds a piecewise-smooth solution <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> from the optimization model:</p>
<disp-formula id="E20"><label>(9)</label><mml:math id="M21"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>||</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>||</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then in the thresholding step, <italic>K</italic> &#x02212; 1 threshold values &#x003C4;<sub>1</sub> &#x02264; &#x003C4;<sub>2</sub> &#x02264; &#x02026; &#x02264; &#x003C4;<sub><italic>K</italic>&#x02212;1</sub> are appropriately chosen to segment <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> into <italic>K</italic> regions, where the <italic>k</italic>th region is given by</p>
<disp-formula id="E21"><mml:math id="M22"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003C4;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003C4;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003C4;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><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:math></inline-formula>. The thresholding step is typically performed by <italic>k</italic>-means clustering.</p>
<p>The Poisson smoothing, lifting, and thresholding (SLaT) framework (Cai et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>) extends the Poisson SaT framework to color images. For a color image <italic>f</italic> &#x0003D; (<italic>f</italic><sub>1</sub>, <italic>f</italic><sub>2</sub>, <italic>f</italic><sub>3</sub>) &#x02208; <italic>X</italic> &#x000D7; <italic>X</italic> &#x000D7; <italic>X</italic>, the model (9) is applied to each color channel <italic>f</italic><sub><italic>i</italic></sub> for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, 3, thus leading to a smoothed color image <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. An additional lifting step (Luong, <xref ref-type="bibr" rid="B49">1993</xref>) is performed to transform <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> to <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the Lab space (perceived lightness, red-green, and yellow-blue). The channels in Lab space are less correlated than in RGB space, so they may have useful information for segmentation. The RGB image and the Lab image are concatenated to form the multichannel image &#x000FB;: = <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, followed by the thresholding stage. Generally, <italic>k</italic>-means clustering yields <italic>K</italic> centroids <italic>c</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>c</italic><sub><italic>K</italic></sub> as constant vectors, which are used to form the region</p>
<disp-formula id="E22"><mml:math id="M27"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x000FB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x000FB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003BA;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for <italic>k</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>K</italic> such that &#x003A9;<sub><italic>k</italic></sub>&#x00027;s are disjoint and <inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x022C3;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>After the thresholding step for both SaT/SLaT, we define a piecewise-constant approximation of the image <italic>f</italic> by</p>
<disp-formula id="E23"><label>(10)</label><mml:math id="M29"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">such that</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</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>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x02113;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>&#x02113;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>c</italic><sub><italic>k</italic>, &#x02113;</sub> is the &#x02113;th entry of the constant vector <italic>c</italic><sub><italic>k</italic></sub> and</p>
<disp-formula id="E24"><mml:math id="M30"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02209;</mml:mo><mml:msub><mml:mtext>&#x003A9;</mml:mtext><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Recall that <italic>d</italic> &#x0003D; 1 when <italic>f</italic> is grayscale, and <italic>d</italic> &#x0003D; 3 when <italic>f</italic> is color.</p></sec></sec>
<sec id="s3">
<title>3. Proposed approach</title>
<p>To improve the Poisson SaT/SLaT framework, we propose to replace the isotropic TV in (9) with AITV regularization. In other words, in the smoothing step, we obtain the smoothed image <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> from the optimization problem</p>
<disp-formula id="E25"><label>(11)</label><mml:math id="M31"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mtext>arg&#x000A0;min</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:munder><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>for &#x003B1; &#x02208; [0, 1]. We establish that this model admits a global solution. We then develop an ADMM algorithm to find a solution and provide the convergence analysis. The overall segmentation approach is described in <xref ref-type="table" rid="T4">Algorithm 1</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T4">
<label>Algorithm 1</label>
<caption><p>AITV Poisson SaT/SLaT.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-i0001.tif"/>
</table-wrap>
<sec>
<title>3.1. Model analysis</title>
<p>To establish the solution&#x00027;s existence of the proposed model (11), we start with Lemma 1, a discrete version of Poincar&#x000E9;&#x00027;s inequality (Evans, <xref ref-type="bibr" rid="B27">2010</xref>). In addition, we prove Lemma 2 and Proposition 3, leading to the global existence theorem (Theorem 4).</p>
<p><bold> Lemma 1</bold>. There exists a constant <italic>C</italic> &#x0003E; 0 such that</p>
<disp-formula id="E26"><label>(12)</label><mml:math id="M32"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>||</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x0016B;</mml:mi><mml:mn>11</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for every <italic>u</italic> &#x02208; <italic>X</italic> and <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:mrow><mml:mi>&#x0016B;</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Proof. We prove it by contradiction. Suppose there exists a sequence <inline-formula><mml:math id="M34"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> such that</p>
<disp-formula id="E27"><label>(13)</label><mml:math id="M35"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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>&#x0016B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>11</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M36"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x0016B;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For every <italic>k</italic>, we normalize each element in the sequence by <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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>&#x0016B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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>&#x0016B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> It is straightforward that</p>
<disp-formula id="E28"><label>(14)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</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:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</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:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x02115;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By (13), we have</p>
<disp-formula id="E29"><label>(15)</label><mml:math id="M40"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>||</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</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:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded, there exists a convergent subsequence <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for <italic>v</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x02208; <italic>X</italic>. It follows from (15) that <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:mo>||</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> Since ker(&#x02207;) &#x0003D; {<italic>c</italic>11:<italic>c</italic> &#x02208; &#x0211D;}, then <italic>v</italic><sup>&#x0002A;</sup> is a constant vector. However, (14) implies that <inline-formula><mml:math id="M45"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:mo>||</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This contradiction proves the lemma.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x020E3;</p>
<p><bold> Lemma 2</bold>. Suppose ||<italic>f</italic>||<sub>&#x0221E;</sub> &#x0003C; &#x0221E; and <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. There exists a scalar <italic>u</italic><sub>0</sub> &#x0003E; 0 such that we have 2(<italic>x</italic> &#x02212; <italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> log <italic>x</italic>) &#x02265; <italic>x</italic> for any <italic>x</italic> &#x02265; <italic>u</italic><sub>0</sub> and (<italic>i, j</italic>) &#x02208; &#x003A9;.</p>
<p>Proof. For each (<italic>i,j</italic>) &#x02208; &#x003A9;, we want to show that there exists <italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> &#x0003E; 0 such that <italic>H</italic>(<italic>x</italic>): &#x0003D; <italic>x</italic> &#x02212; 2<italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> log <italic>x</italic> &#x02265; 0 for <italic>x</italic> &#x02265; <italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub>. Since <italic>H</italic>(<italic>x</italic>) is strictly convex and it attains a global minimum at <italic>x</italic> &#x0003D; 2<italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub>, it is increasing on the domain <italic>x</italic> &#x0003E; 2<italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub>. Additionally as <italic>x</italic> dominates log (<italic>x</italic>) as <italic>x</italic> &#x02192; &#x0002B;&#x0221E;, there exists <italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> &#x0003E; 2<italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> &#x0003E; 0 such that <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> &#x02265; </mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> which implies that <italic>H</italic>(<italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub>) &#x0003D; <italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> &#x02212; 2<italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> log <italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> &#x02265; 0. As a result, for <italic>x</italic> &#x02265; <italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> &#x0003E; 2<italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub>, we obtain <italic>x</italic> &#x02212; 2<italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> log <italic>x</italic> &#x0003D; <italic>H</italic>(<italic>x</italic>) &#x02265; <italic>H</italic>(<italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub>) &#x02265; 0. Define <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and hence we have 2(<italic>x</italic> &#x02212; <italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> log <italic>x</italic>) &#x02265; <italic>x</italic> for <italic>x</italic> &#x02265; <italic>u</italic><sub>0</sub> &#x02265; <italic>u</italic><sub><italic>i,j</italic></sub>, &#x02200;(<italic>i, j</italic>) &#x02208; &#x003A9;.</p>
<p><bold>Proposition 3</bold>. Suppose ker(<italic>A</italic>) &#x02229; ker(&#x02207;) &#x0003D; {0} and <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02282;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi></mml:math></inline-formula>. If <inline-formula><mml:math id="M51"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded, then <inline-formula><mml:math id="M52"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded.</p>
<p><italic>Proof</italic>. Since ker(<italic>A</italic>) &#x02229; ker(&#x02207;) &#x0003D; {0}, we have <italic>A</italic>11 &#x02260; 0. Simple calculations lead to</p>
<disp-formula id="E30"><label>(16)</label><mml:math id="M53"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the last inequality is due to Lemma 1. The boundedness of <inline-formula><mml:math id="M54"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M55"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> implies that <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x0016B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is also bounded by (16). We apply Lemma 1 to obtain</p>
<disp-formula id="E31"><mml:math id="M57"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>11</mml:mn><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>11</mml:mn><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mn>11</mml:mn><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>which thereby proves that <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded.</p>
<p>Finally, we adapt the proof in Chan et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B16">2014</xref>) to establish that <italic>F</italic> has a global minimizer. Theorem 4. Suppose ||<italic>f</italic>||<sub>&#x0221E;</sub> &#x0003C; &#x0221E; and <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. If &#x003BB; &#x0003E; 0, &#x003BC; &#x02265; 0, &#x003B1; &#x02208; [0, 1), and ker(<italic>A</italic>) &#x02229; ker(&#x02207;) &#x0003D; {0}, then <italic>F</italic> has a global minimizer.</p>
<p>Proof. It is straightforward that ||&#x02207;<italic>u</italic>||<sub>2, 1</sub> &#x02264; ||&#x02207;<italic>u</italic>||<sub>1</sub>, thus ||&#x02207;<italic>u</italic>||<sub>1</sub> &#x02212; &#x003B1;||&#x02207;<italic>u</italic>||<sub>2, 1</sub> &#x02265; 0 for &#x003B1; &#x02208; [0, 1). As a result, we have</p>
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M60"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</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:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Given a scalar <italic>f</italic> &#x0003E; 0, the function <italic>G</italic>(<italic>x</italic>) &#x0003D; <italic>x</italic> &#x02212; <italic>f</italic>log(<italic>x</italic>) attains its global minimum at <italic>x</italic> &#x0003D; <italic>f</italic>. Therefore, we have <italic>x</italic> &#x02212; <italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> log <italic>x</italic> &#x02265; <italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> &#x02212; <italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> log <italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> for all <italic>x</italic> &#x0003E; 0 and (<italic>i,j</italic>) &#x02208; &#x003A9;, which leads to a lower bound of <italic>F</italic>(<italic>u</italic>), i.e.,</p>
<disp-formula id="E33"><label>(17)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As <italic>F</italic>(<italic>u</italic>) is lower bounded by <italic>F</italic><sub>0</sub>, we can choose a minimizing sequence <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and hence <italic>F</italic>(<italic>u</italic><sub><italic>k</italic></sub>) has a uniform upper bound, denoted by <italic>B</italic><sub>1</sub>, i.e., <italic>F</italic>(<italic>u</italic><sub><italic>k</italic></sub>) &#x0003C; <italic>B</italic><sub>1</sub> for all <italic>k</italic> &#x02208; &#x02115;. It further follows from (17) that</p>
<disp-formula id="E34"><mml:math id="M63"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which implies that <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is uniformly bounded, i.e., there exists a constant <italic>B</italic><sub>2</sub> &#x0003E; 0 such that |&#x02329;<italic>Au</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02212; <italic>f</italic> log <italic>Au</italic><sub><italic>k</italic></sub>, 11&#x0232A;| &#x0003C; <italic>B</italic><sub>2</sub>, &#x02200;<italic>k</italic>. Using these uniform bounds, we derive that</p>
<disp-formula id="E35"><mml:math id="M65"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>As &#x003B1; &#x0003C; 1, the sequence <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded.</p>
<p>To prove the boundedness of <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, we introduce the notations of <italic>x</italic><sup>&#x0002B;</sup> &#x0003D; max(<italic>x</italic>, 0) and <italic>x</italic><sup>&#x02212;</sup> &#x0003D; &#x02212;min(<italic>x</italic>, 0) for any <italic>x</italic> &#x02208; &#x0211D;. Then <italic>x</italic> &#x0003D; <italic>x</italic><sup>&#x0002B;</sup> &#x02212; <italic>x</italic><sup>&#x02212;</sup>. By Lemma 2, there exists <italic>u</italic><sub>0</sub> &#x0003E; 0 such that 2(<italic>x</italic> &#x02212; <italic>f</italic><sub><italic>i,j</italic></sub> log <italic>x</italic>) &#x02265; <italic>x</italic>, &#x02200;<italic>x</italic> &#x02265; <italic>u</italic><sub>0</sub> and (<italic>i,j</italic>) &#x02208; &#x003A9;. We observe that</p>
<disp-formula id="E36"><label>(18)</label><mml:math id="M68"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover ><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover ><mml:mi>max</mml:mi><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover ><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover ><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover ><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover ><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover ><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover ><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:munderover ><mml:munderover><mml:mstyle mathsize='140%' displaystyle='true'><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover ><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>This shows that <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded.</p>
<p>Since both <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M71"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are bounded, then <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded due to Proposition 3. Therefore, there exists a subsequence <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> that converges to some <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x02208; <italic>X</italic>. As <italic>F</italic> is continuous and thus lower semicontinuous, we have</p>
<disp-formula id="E37"><mml:math id="M74"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which means that <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> minimizes <italic>F</italic>.</p></sec>
<sec>
<title>3.2. Numerical algorithm</title>
<p>To minimize (11), we introduce two auxiliary variables <italic>v</italic> &#x02208; <italic>X</italic> and <italic>w</italic> &#x0003D; (<italic>w</italic><sub><italic>x</italic></sub>, <italic>w</italic><sub><italic>y</italic></sub>) &#x02208; <italic>Y</italic>, leading to an equivalent constrained optimization problem:</p>
<disp-formula id="E38"><label>(19)</label><mml:math id="M75"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The corresponding augmented Lagrangian is expressed as</p>
<disp-formula id="E39"><label>(20)</label><mml:math id="M76"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>y</italic> &#x02208; <italic>X</italic> and <italic>z</italic> &#x0003D; (<italic>z</italic><sub><italic>x</italic></sub>, <italic>z</italic><sub><italic>y</italic></sub>) &#x02208; <italic>Y</italic> are Lagrange multipliers and &#x003B2;<sub>1</sub>, &#x003B2;<sub>2</sub> are positive parameters. We then apply the alternating direction method of multipliers (ADMM) to minimize (19) that consists of the following steps per iteration <italic>k</italic>:</p>
<disp-formula id="E40"><label>(21a)</label><mml:math id="M77"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">argmin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</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>w</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>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>z</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:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E41"><label>(21b)</label><mml:math id="M78"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">argmin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</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>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>z</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:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E42"><label>(21c)</label><mml:math id="M79"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">argmin</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>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>z</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:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E43"><label>(21d)</label><mml:math id="M80"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E44"><label>(21e)</label><mml:math id="M81"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E45"><label>(21f)</label><mml:math id="M82"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003C3; &#x0003E; 1.</p>
<p><bold> Remark 1</bold>. The scheme presented in (21) slightly differs from the original ADMM (Boyd et al., <xref ref-type="bibr" rid="B6">2011</xref>), the latter of which has &#x003C3; &#x0003D; 1 in (21f). Having &#x003C3; &#x0003E; 1 increases the weights of the penalty parameters &#x003B2;<sub>1, <italic>k</italic></sub>, &#x003B2;<sub>2, <italic>k</italic></sub> in each iteration <italic>k</italic>, thus accelerating the numerical convergence speed of the proposed ADMM algorithm. A similar technique has been used in Cascarano et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B14">2021</xref>), Gu et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B30">2017</xref>), Storath and Weinmann (<xref ref-type="bibr" rid="B60">2014</xref>), Storath et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B61">2014</xref>), and You et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B79">2019</xref>).</p>
<p>All the subproblems (21a)&#x02013;(21c) have closed-form solutions. In particular, the first-order optimality condition for (21a) is</p>
<disp-formula id="E46"><label>(22)</label><mml:math id="M83"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x00394;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</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>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:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><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>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</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:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x00394; &#x0003D; &#x02212;&#x02207;<sup>&#x022A4;</sup>&#x02207; is the Laplacian operator. If ker(<italic>A</italic>) &#x02229; ker(&#x02207;) &#x0003D; {0}, then <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x00394;</mml:mtext></mml:math></inline-formula> is positive definite and thereby invertible, which implies that (22) has a unique solution <italic>u</italic><sup><italic>k</italic>&#x0002B;1</sup>. By assuming periodic boundary condition for <italic>u</italic>, the operators &#x00394; and <italic>A</italic><sup>&#x022A4;</sup><italic>A</italic> are block circulant (Wang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B68">2008</xref>), and hence (22) can be solved efficiently by the 2D discrete Fourier transform <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Specifically, we have the formula</p>
<disp-formula id="E47"><label>(23)</label><mml:math id="M86"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x02131;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02131;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mi>&#x02131;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x02131;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mi>&#x02131;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x02131;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mi>&#x02131;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x02131;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mtext>&#x00394;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">F</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is the inverse discrete Fourier transform, the superscript &#x0002A; denotes complex conjugate, the operation &#x000B0; is componentwise multiplication, and division is componentwise. By differentiating the objective function of (21b) and setting it to zero, we can get a closed-form solution for <italic>v</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> given by</p>
<disp-formula id="E48"><label>(24)</label><mml:math id="M88"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the square root, squaring, and division are performed componentwise. Lastly, the <italic>w</italic>-subproblem (21c) can be decomposed componentwise as follows:</p>
<disp-formula id="E49"><label>(25)</label><mml:math id="M89"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></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:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>arg</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>min</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>prox</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where the proximal operator for &#x02113;<sub>1</sub> &#x02212; &#x003B1;&#x02113;<sub>2</sub> on <italic>x</italic> &#x02208; &#x0211D;<sup><italic>n</italic></sup> is given by</p>
<disp-formula id="E50"><label>(26)</label><mml:math id="M90"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">prox</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">arg</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>||</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>||</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</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:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The proximal operator for &#x02113;<sub>1</sub> &#x02212; &#x003B1;&#x02113;<sub>2</sub> has a closed form solution summarized by Lemma 5.</p>
<p><bold> Lemma 5</bold>. (Lou and Yan, <xref ref-type="bibr" rid="B46">2018</xref>) Given <italic>x</italic> &#x02208; &#x0211D;<sup><italic>n</italic></sup>, &#x003B2; &#x0003E; 0, and &#x003B1; &#x02208; [0, 1], the optimal solution to (26) is given by one of the following cases:</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>1. When ||<italic>x</italic>||<sub>&#x0221E;</sub> &#x0003E; &#x003B2;, we have</p></list-item></list>
<disp-formula id="E51"><mml:math id="M91"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003BE; &#x0003D; sign(<italic>x</italic>)&#x000B0; max (|<italic>x</italic>| &#x02212; &#x003B2;, 0).</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>2. When (1 &#x02212; &#x003B1;)&#x003B2; &#x0003C; ||<italic>x</italic>||<sub>&#x0221E;</sub> &#x02264; &#x003B2;, then <italic>x</italic><sup>&#x0002A;</sup> is a 1-sparse vector such that one chooses <italic>i</italic> &#x02208; argmax<sub><italic>j</italic></sub>(|<italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub>|) and defines <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</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>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">sign</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the remaining elements equal to 0.</p></list-item>
<list-item><p>3. When ||<italic>x</italic>||<sub>&#x0221E;</sub> &#x02264; (1 &#x02212; &#x003B1;)&#x003B2;, then <italic>x</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x0003D; 0.</p></list-item>
</list>
<p>In summary, we describe the ADMM scheme to solve (11) in <xref ref-type="table" rid="T5">Algorithm 2</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T5">
<label>Algorithm 2</label>
<caption><p>ADMM for the AITV-regularized smoothing model with Poisson fidelity (Equation 11).</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-i0002.tif"/>
</table-wrap>
</sec>
<sec>
<title>3.3. Convergence analysis</title>
<p>We establish the subsequential convergence of ADMM described in <xref ref-type="table" rid="T5">Algorithm 2</xref>. The global convergence of ADMM (Wang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B69">2019</xref>) is inapplicable to our model as the gradient operator &#x02207; is non-surjective, which will be further investigated in future work. For the sake of brevity, we set &#x003B2; &#x0003D; &#x003B2;<sub>1</sub> &#x0003D; &#x003B2;<sub>2</sub> and denote</p>
<disp-formula id="E52"><mml:math id="M93"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In addition, we introduce definitions of subdifferentials (Rockafellar and Wets, <xref ref-type="bibr" rid="B57">2009</xref>), which defines a stationary point of a non-smooth objective function.</p>
<p><bold> Definition 6</bold>. For a proper function <italic>h</italic>:&#x0211D;<sup><italic>n</italic></sup> &#x02192; &#x0211D;&#x0222A;{&#x0002B;&#x0221E;}, define dom(<italic>h</italic>): &#x0003D; {<italic>x</italic> &#x02208; &#x0211D;<sup><italic>n</italic></sup>:<italic>h</italic>(<italic>x</italic>) &#x0003C; &#x0002B;&#x0221E;}.</p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(a) The regular subdifferential at <italic>x</italic> &#x02208; dom(<italic>h</italic>) is given by</p></list-item></list>
<disp-formula id="E53"><mml:math id="M94"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mi>h</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>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>inf</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>h</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>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item><p>(b) The (limiting) subdifferential at <italic>x</italic> &#x02208; dom(<italic>h</italic>) is given by</p></list-item></list>
<disp-formula id="E54"><mml:math id="M95"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>&#x02203;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>with&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>An important property of the limiting subdifferential is its closedness: for any (<italic>x</italic><sub><italic>k</italic></sub>, <italic>v</italic><sub><italic>k</italic></sub>) &#x02192; (<italic>x, v</italic>) with <italic>v</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02208; &#x02202;<italic>h</italic>(<italic>x</italic><sub><italic>k</italic></sub>), if <italic>h</italic>(<italic>x</italic><sub><italic>k</italic></sub>) &#x02192; <italic>h</italic>(<italic>x</italic>), then <italic>v</italic> &#x02208; &#x02202;<italic>h</italic>(<italic>x</italic>).</p>
<p><bold> Lemma 7</bold>. Suppose that ker(<italic>A</italic>) &#x02229; ker(&#x02207;) &#x0003D; {0} and 0 &#x02264; &#x003B1; &#x0003C; 1. Let <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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>v</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>w</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>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>z</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:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> be a sequence generated by <xref ref-type="table" rid="T5">Algorithm 2</xref>. Then, we have</p>
<disp-formula id="E55"><label>(28)</label><mml:math id="M97"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>for some constant &#x003BD; &#x0003E; 0.</p>
<p>Proof. If ker(<italic>A</italic>) &#x02229; ker(&#x02207;) &#x0003D; {0}, then <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:math></inline-formula> is positive definite, and hence there exists &#x003BD; &#x0003E; 0 such that</p>
<disp-formula id="E56"><mml:math id="M99"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mtext>&#x02003;</mml:mtext><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x02115;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which implies that <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</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>w</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>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>z</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:math></inline-formula> is strongly convex with respect to <italic>u</italic> with parameter &#x003BD;. Additionally, <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</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>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>z</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:math></inline-formula> is strongly convex with respect to <italic>v</italic> with parameter &#x003B2;<sub>0</sub> &#x02264; &#x003B2;<sub><italic>k</italic></sub>. It follows from Beck (<xref ref-type="bibr" rid="B5">2017</xref>), Theorem 5.25, that we have</p>
<disp-formula id="E57"><label>(29)</label><mml:math id="M102"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E58"><label>(30)</label><mml:math id="M103"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As <italic>w</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> is the optimal solution to (21c), it is straightforward to have</p>
<disp-formula id="E59"><label>(31)</label><mml:math id="M104"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>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>z</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:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</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>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>z</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:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Simple calculations by using (21d)&#x02013;(21e) lead to</p>
<disp-formula id="E60"><label>(32)</label><mml:math id="M105"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Lastly, we have</p>
<disp-formula id="E61"><label>(33)</label><mml:math id="M106"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Combining (29)&#x02013;(33) together with the fact that <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for &#x003C3; &#x0003E; 1, we obtain</p>
<disp-formula id="E62"><mml:math id="M108"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><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:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This completes the proof.</p>
<p><bold> Lemma 8</bold>. Suppose that ker(<italic>A</italic>) &#x02229; ker(&#x02207;) &#x0003D; {0} and 0 &#x02264; &#x003B1; &#x0003C; 1. Let <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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>v</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>w</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>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>z</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:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> be generated by <xref ref-type="table" rid="T5">Algorithm 2</xref>. If <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> bounded, then the sequence <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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>v</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>w</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>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>z</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:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded, <italic>u</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub>&#x02212;<italic>u</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02192; 0, and <italic>v</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub>&#x02212;<italic>v</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02192; 0.</p>
<p>Proof. First we show that <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded. Combining (21e) with the first-order optimality condition of (25), we have</p>
<disp-formula id="E63"><label>(34)</label><mml:math id="M113"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><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>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><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>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</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:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02286;</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which implies that there exist &#x003BE;<sub>1</sub> &#x02208; &#x02202;||(<sub><italic>w</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub>)<italic>i,j</italic></sub>||<sub>1</sub> and &#x003BE;<sub>2</sub> &#x02208; &#x02202;||(<sub><italic>w</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub>)<italic>i,j</italic></sub>||<sub>2</sub> such that (<sub><italic>z</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub>)<italic>i,j</italic></sub> &#x0003D; &#x003BE;<sub>1</sub>&#x02212;&#x003B1;&#x003BE;<sub>2</sub> for each (<italic>i,j</italic>) &#x02208; &#x003A9;. Recall that for <italic>x</italic> &#x02208; &#x0211D;<sup>2</sup> the subgradients of the two norms are</p>
<disp-formula id="E64"><label>(35)</label><mml:math id="M114"><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>sign</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>if&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mtext>for</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E65"><label>(36)</label><mml:math id="M115"><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>&#x0211D;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>&#x003BE;</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore, we have ||&#x003BE;<sub>1</sub>||<sub>&#x0221E;</sub> &#x02264; 1, ||&#x003BE;<sub>2</sub>||<sub>&#x0221E;</sub> &#x02264; 1, and hence ||(<sub><italic>z</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub>)<italic>i,j</italic></sub>||<sub>&#x0221E;</sub> &#x02264; 1&#x0002B;&#x003B1; (by the triangle inequality), i.e., <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded.</p>
<p>By the assumption <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>{</mml:mo><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:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></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>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded. There exist two constants <italic>C</italic><sub>1</sub>, <italic>C</italic><sub>2</sub> &#x0003E; 0 such that <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>||</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:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>||</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:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>||</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:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>||</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:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> for all <italic>k</italic> &#x02208; &#x02115;. Hence, we have from (28) that</p>
<disp-formula id="E66"><label>(37)</label><mml:math id="M122"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>A telescoping summation of (37) leads to</p>
<disp-formula id="E67"><label>(38)</label><mml:math id="M123"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By completing two least-squares terms, we can rewrite <inline-formula><mml:math id="M124"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> as</p>
<disp-formula id="E68"><label>(39)</label><mml:math id="M125"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><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:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><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:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Combining (38) and (39), we have</p>
<disp-formula id="E69"><label>(40)</label><mml:math id="M126"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><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:mi>v</mml:mi><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:mi>w</mml:mi><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:mi>y</mml:mi><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:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since &#x003C3; &#x0003E; 1, the infinite sum is finite, and hence we have &#x02200;<italic>k</italic> &#x02208; &#x02115;, </p>
<disp-formula id="E70"><mml:math id="M127"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='true'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x02112;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='true'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which implies that <inline-formula><mml:math id="M128"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded. Also from (38) and (39), we have</p>
<disp-formula id="E71"><mml:math id="M129"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>||</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:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>||</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:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This shows that <inline-formula><mml:math id="M130"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded. By emulating the computation in (18), it can be shown that <inline-formula><mml:math id="M131"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded.</p>
<p>It suffices to prove that <inline-formula><mml:math id="M132"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded in order to prove the boundedness of <inline-formula><mml:math id="M133"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> by Proposition 3. Using (21d), we have</p>
<disp-formula id="E72"><mml:math id="M134"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>||</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As <inline-formula><mml:math id="M135"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</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:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is proven to be bounded, then <inline-formula><mml:math id="M136"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is also bounded. We can prove <inline-formula><mml:math id="M137"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded similarly using (21e). Altogether, <inline-formula><mml:math id="M138"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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>v</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>w</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>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>z</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:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded.</p>
<p>It follows from (40) that</p>
<disp-formula id="E73"><mml:math id="M140"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>||</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:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>||</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:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">L</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>11</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As <italic>k</italic> &#x02192; &#x0221E;, we see the right-hand side is finite, which forces the infinite summations on the left-hand side to converge, and hence we have <italic>u</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>u</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02192; 0 and <italic>v</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>v</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02192; 0.</p>
<p> Theorem 9. Suppose that ker(<italic>A</italic>) &#x02229; ker(&#x02207;) &#x0003D; {0} and 0 &#x02264; &#x003B1; &#x0003C; 1. Let <inline-formula><mml:math id="M141"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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>v</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>w</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>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>z</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:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> be generated by <xref ref-type="table" rid="T5">Algorithm 2</xref>. If <inline-formula><mml:math id="M142"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> bounded, &#x003B2;<sub><italic>k</italic></sub>(<italic>v</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>v</italic><sub><italic>k</italic></sub>) &#x02192; 0, &#x003B2;<sub><italic>k</italic></sub>(<italic>w</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>w</italic><sub><italic>k</italic></sub>) &#x02192; 0, <italic>y</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>y</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02192; 0, and <italic>z</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>z</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02192; 0, then there exists a subsequence whose limit point (<italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>v</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>w</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>y</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>z</italic><sup>&#x0002A;</sup>) is a stationary point of (19) that satisfies the following:</p>
<disp-formula id="E74"><label>(41a)</label><mml:math id="M143"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mtext>&#x00394;</mml:mtext><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E75"><label>(41b)</label><mml:math id="M144"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E76"><label>(41c)</label><mml:math id="M145"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E77"><label>(41d)</label><mml:math id="M146"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>A</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E78"><label>(41e)</label><mml:math id="M147"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Proof. By Lemma 8, the sequence <inline-formula><mml:math id="M148"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</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>v</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>w</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>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>z</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:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded, so there exists a subsequence <inline-formula><mml:math id="M150"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> that converges to a point (<italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>v</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>w</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>y</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>z</italic><sup>&#x0002A;</sup>). Additionally, we have <italic>u</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>u</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02192; 0 and <italic>v</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>v</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02192; 0. Since <inline-formula><mml:math id="M151"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><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:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</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:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is bounded, there exists a constant <italic>C</italic> &#x0003E; 0 such that ||<italic>y</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>y</italic><sub><italic>k</italic></sub>||<sub>2</sub> &#x0003C; <italic>C</italic> and ||<italic>z</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>z</italic><sub><italic>k</italic></sub>||<sub>2</sub> &#x0003C; <italic>C</italic> for each <italic>k</italic> &#x02208; &#x02115;. By (21e), we have</p>
<disp-formula id="E79"><mml:math id="M152"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>As <italic>k</italic> &#x02192; &#x0221E;, we have <italic>w</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub>&#x02212;<italic>w</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x02192; 0. Altogether, we can derive the following results:</p>
<disp-formula id="E80"><label>(42)</label><mml:math id="M153"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Furthermore, the assumptions give us</p>
<disp-formula id="E81"><mml:math id="M154"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:munder><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>By (21d)&#x02013;(21e), we have</p>
<disp-formula id="E82"><mml:math id="M155"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Hence, we have <italic>Au</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x0003D; <italic>v</italic><sup>&#x0002A;</sup> and &#x02207;<italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x0003D; <italic>w</italic><sup>&#x0002A;</sup>.</p>
<p>The optimality conditions at iteration <italic>k</italic><sub><italic>n</italic></sub> are the following:</p>
<disp-formula id="E83"><label>(43a)</label><mml:math id="M156"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mtext>&#x00394;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E84"><label>(43b)</label><mml:math id="M157"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E85"><label>(43c)</label><mml:math id="M158"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Expanding (43a) by substituting in (21d)&#x02013;(21e) and taking the limit, we have</p>
<disp-formula id="E86"><mml:math id="M159"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mtext>&#x00394;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mtext>&#x00394;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mtext>&#x00394;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>w</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BC;</mml:mi><mml:mtext>&#x00394;</mml:mtext><mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>A</mml:mi><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mo>&#x02207;</mml:mo><mml:mo>&#x022A4;</mml:mo></mml:msup><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting in (21d) into (43b) and taking the limit give us</p>
<disp-formula id="E87"><mml:math id="M160"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>A</mml:mi><mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>lim</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>y</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x000A0;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>11</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>y</mml:mi><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Lastly, by substituting (21e) into (43c), we have</p>
<disp-formula id="E88"><mml:math id="M161"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By continuity, we have <inline-formula><mml:math id="M162"><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mo>||</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Together with the fact that <inline-formula><mml:math id="M163"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, we have <inline-formula><mml:math id="M164"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>||</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002A;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>||</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by closedness of the subdifferential.</p>
<p>Therefore, (<italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>v</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>w</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>y</italic><sup>&#x0002A;</sup>, <italic>z</italic><sup>&#x0002A;</sup>) is a stationary point.</p>
<p><bold> Remark 2</bold>. It is true that the assumptions in Theorem 9 are rather strong, but they are standard in the convergence analyses of other ADMM algorithms for nonconvex problems that fail to satisfy the conditions for global convergence in Wang et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B69">2019</xref>). For example, Jung (<xref ref-type="bibr" rid="B34">2017</xref>), Jung et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B35">2014</xref>), Li et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B39">2016</xref>) and Li Y. et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B43">2020</xref>) assumed convergence of the successive differences of the primal variables and Lagrange multipliers. Instead, we modify the convergence of the successive difference of the primal variables, i.e., &#x003B2;<sub><italic>k</italic></sub>(<italic>v</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>v</italic><sub><italic>k</italic></sub>) &#x02192; 0, &#x003B2;<sub><italic>k</italic></sub>(<italic>w</italic><sub><italic>k</italic>&#x0002B;1</sub> &#x02212; <italic>w</italic><sub><italic>k</italic></sub>) &#x02192; 0. Boundedness of the Lagrange multiplier (i.e., <inline-formula><mml:math id="M165"><mml:msubsup><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:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>) was also assumed in Liu et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B44">2022</xref>) and Xu Y. et al. (<xref ref-type="bibr" rid="B76">2012</xref>), which required a stronger assumption than ours regarding the successive difference of the Lagrange multipliers.</p></sec></sec>
<sec id="s4">
<title>4. Numerical experiments</title>
<p>In this section, we apply the proposed method of AITV Poisson SaT/SLaT on various grayscale and color images for image segmentation. For grayscale images, we compare our method with the original TV SaT (Chan et al., <xref ref-type="bibr" rid="B16">2014</xref>), thresholded-Rudin-Osher-Fatemi (T-ROF) (Cai et al., <xref ref-type="bibr" rid="B11">2019</xref>), and the Potts model (Potts, <xref ref-type="bibr" rid="B55">1952</xref>) solved by either Pock&#x00027;s algorithm (Pock) (Pock et al., <xref ref-type="bibr" rid="B54">2009</xref>) or Storath and Weinmann&#x00027;s algorithm (Storath) (Storath and Weinmann, <xref ref-type="bibr" rid="B60">2014</xref>). For color images, we compare with TV SLaT (Cai et al., <xref ref-type="bibr" rid="B10">2017</xref>), Pock&#x00027;s method (Pock et al., <xref ref-type="bibr" rid="B54">2009</xref>), and Storath&#x00027;s method (Storath and Weinmann, <xref ref-type="bibr" rid="B60">2014</xref>). We can solve (9) for TV SaT/SLaT via <xref ref-type="table" rid="T5">Algorithm 2</xref> that utilizes the proximal operator corresponding to the ||&#x000B7;||<sub>2, 1</sub> norm. The code for T-ROF is provided by the respective author<xref ref-type="fn" rid="fn0001"><sup>1</sup></xref> and we can adapt it to handle blur by using a more general data fidelity term. Pock&#x00027;s method is implemented by the lab group<xref ref-type="fn" rid="fn0002"><sup>2</sup></xref>. Storath&#x00027;s method is provided by the original author<xref ref-type="fn" rid="fn0003"><sup>3</sup></xref>. Note that T-ROF, Pock&#x00027;s method, and Storath&#x00027;s method are designed for images corrupted with Gaussian noise. We apply the Anscombe transform (Anscombe, <xref ref-type="bibr" rid="B2">1948</xref>) to the test images, after which the Poisson noise becomes approximately Gaussian noise. Since Storath&#x00027;s method is not for segmentation, we perform a post-processing step of <italic>k</italic>-means clustering to its piecewise-constant output. For the SLaT methods, we parallelize the smoothing step separately for each channel.</p>
<p>To quantitatively measure the segmentation performance, we use the DICE index (Dice, <xref ref-type="bibr" rid="B24">1945</xref>) and peak signal-to-noise ratio (PSNR). Let <italic>S</italic> &#x02282; &#x003A9; be the ground-truth region and <italic>S</italic>&#x02032; &#x02282; &#x003A9; be a region obtained from the segmentation algorithm corresponding to the ground-truth region <italic>S</italic>. The DICE index is formulated by</p>
<disp-formula id="E89"><mml:math id="M166"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">DICE</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x02229;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>To compare the piecewise-constant reconstruction <inline-formula><mml:math id="M167"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> according to (10) with the original test image <italic>f</italic>, we compute PSNR by</p>
<disp-formula id="E90"><mml:math id="M168"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>PSNR</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>20</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msub><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>M</italic> &#x000D7; <italic>N</italic> is the image size and <inline-formula><mml:math id="M169"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Poisson noise is added to the test images by the MATLAB command <monospace>poissrnd</monospace>. To ease parameter tuning, we scale each test image to [0, 1] after its degradation with Poisson noise and/or blur. We set &#x003C3; &#x0003D; 1.25 and &#x003B2;<sub>1, 0</sub> &#x0003D; &#x003B2;<sub>2, 0</sub> &#x0003D; 1.0, 2.0 in <xref ref-type="table" rid="T5">Algorithm 2</xref> for grayscale and color images, respectively. The stopping criterion is either 300 iterations or when the relative error of <italic>u</italic><sub><italic>k</italic></sub> is below &#x003F5; &#x0003D; 10<sup>&#x02212;4</sup>. We tune the fidelity parameter &#x003BB; and the smoothing parameter &#x003BC; for each image, which will be specified later. For T-ROF, Pock&#x00027;s method, and Storath&#x00027;s method, their parameters are manually tuned to give the best DICE indices for binary segmentation (Section 4.1) and the PSNR values for multiphase segmentation (Sections 4.2-4.3). All experiments are performed in MATLAB R2022b on a Dell laptop with a 1.80 GHz Intel Core i7-8565U processor and 16.0 GB RAM.</p>
<sec>
<title>4.1. Grayscale, binary segmentation</title>
<p>We start with performing binary segmentation on the entire DRIVE dataset (Staal et al., <xref ref-type="bibr" rid="B59">2004</xref>) that consists of 20 images shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>. Each image has size 584 &#x000D7; 565 with modified pixel values of either 200 for the background or 255 for the vessels. Before adding Poisson noise, we set the peak value of the image to be <italic>P</italic>/2 or <italic>P</italic>/5, where <italic>P</italic> &#x0003D; 255. Note that a lower peak value indicates stronger noise in the image, thus more challenging for denoising. We examine three cases: (1) <italic>P</italic>/2 no blur, (2) <italic>P</italic>/5 no blur, and (3) <italic>P</italic>/2 with Gaussian blur specified by MATLAB command <monospace>fspecial(&#x0201C;gaussian,&#x0201D; [10 10], 2)</monospace>. For the TV SaT method, we set &#x003BB; &#x0003D; 14.5, &#x003BC; &#x0003D; 0.5 for case (1), &#x003BB; &#x0003D; 8.0, &#x003BC; &#x0003D; 0.5 for case (2), and &#x003BB; &#x0003D; 22.5, &#x003BC; &#x0003D; 0.25 for case (3). For the AITV SaT method, the parameters &#x003BB; and &#x003BC; are set the same as TV SaT, and we have &#x003B1; &#x0003D; 0.3 for cases (1)&#x02013;(2) and &#x003B1; &#x0003D; 0.8 for case (3).</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>The entire DRIVE dataset (Staal et al., <xref ref-type="bibr" rid="B59">2004</xref>) for binary segmentation. The image size is 584 &#x000D7; 565 with background value of 200 and the pixel value for vessels to be 255.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0001.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref> records the DICE indices and the computational time in seconds for the competing methods, averaged over 20 images. We observe that AITV SaT attains the best DICE indices for all three cases with comparable computational time to TV SaT and T-ROF, all of which are much faster than Pock and Storath. As visually illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>, AITV SaT segments more of the thinner vessels compared to TV SaT and T-ROF in five images, thereby having the higher average DICE indices.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>DICE and computational time in seconds of the binary segmentation methods averaged over 20 images in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> with standard deviations in parentheses.</p></caption> 
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#8f9496">
<th valign="top" align="left" colspan="2"></th>
<th valign="top" align="center"><bold>TV SaT</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>AITV SaT</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>T-ROF</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Pock</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Storath</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>P</italic>/2 no blur</td>
<td valign="top" align="center">DICE</td>
<td valign="top" align="center">0.9464 <break/>(0.0091)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.9501</bold> <break/> (0.0076)</td>
<td valign="top" align="center">0.9463 <break/>(0.0073)</td>
<td valign="top" align="center">0.8466<break/> (0.0301)</td>
<td valign="top" align="center">0.8855<break/> (0.0181)</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="center">Time (sec.)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>4.2401</bold> <break/> (0.3618)</td>
<td valign="top" align="center">5.7342 <break/> (0.5251)</td>
<td valign="top" align="center">4.9206 <break/>(1.4281)</td>
<td valign="top" align="center">24.7376 <break/> (3.2454)</td>
<td valign="top" align="center">19.9456<break/> (1.8875)</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>P</italic>/5 no blur</td>
<td valign="top" align="center">DICE</td>
<td valign="top" align="center">0.8714 <break/> (0.0134)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.8735</bold> <break/> (0.0125)</td>
<td valign="top" align="center">0.8570 <break/> (0.0170)</td>
<td valign="top" align="center">0.6504 <break/> (0.0910)</td>
<td valign="top" align="center">0.8277 <break/> (0.0191)</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="center">Time (sec.)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>4.7076</bold> <break/> (0.6937)</td>
<td valign="top" align="center">6.4027 <break/> (0.8441)</td>
<td valign="top" align="center">5.4943 <break/> (0.7935)</td>
<td valign="top" align="center">46.9346 <break/> (9.4969)</td>
<td valign="top" align="center">21.8734 <break/>(2.7660)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>P</italic>/2 with Gaussian Blur</td>
<td valign="top" align="center">DICE</td>
<td valign="top" align="center">0.7244 <break/> (0.0254)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.7411</bold> <break/> (0.0220)</td>
<td valign="top" align="center">0.7322 <break/> (0.0251)</td>
<td valign="top" align="center">0.5473 <break/> (0.0398)</td>
<td valign="top" align="center">0.6944 <break/> (0.0217)</td>
</tr>
<tr>
<td/>
<td valign="top" align="center">Time (sec.)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>7.4495</bold> <break/> (1.0983)</td>
<td valign="top" align="center">9.2523 <break/> (1.5959)</td>
<td valign="top" align="center">11.7337 <break/> (2.1252)</td>
<td valign="top" align="center">47.3911 <break/> (10.9191)</td>
<td valign="top" align="center">19.9444 <break/> (2.4142)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<p>Bold indicates best result.</p>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Binary segmentation results of <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> with peak <italic>P</italic>/2 under Gaussian blur and Poisson noise.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0002.tif"/>
</fig></sec>
<sec>
<title>4.2. Grayscale, multiphase segmentation</title>
<p>We examine the multiphase segmentation on the entire BrainWeb dataset (Aubert-Broche et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2006</xref>) that consists of 20 grayscale images as shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. Each image is of size 104 &#x000D7; 87 and has four regions to segment: background, cerebrospinal fluid (CSF), gray matter (GM), and white matter (WM). The pixel values are 10 (background), 48 (CSF), 106 (GM), and 154 (WM). The maximum intensity <italic>P</italic> &#x0003D; 154. We consider two cases: (1) <italic>P</italic>/2 no blur and (2) <italic>P</italic>/2 with motion blur specified by <monospace>fspecial(&#x0201C;motion,&#x0201D; 5, 225)</monospace>. For the SaT methods, we have &#x003BC; &#x0003D; 1.0, &#x003B1; &#x0003D; 0.6, 0.7, and &#x003BB; &#x0003D; 4.0, 5.0 for case (1) and case (2), respectively.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>The entire BrainWeb dataset (Aubert-Broche et al., <xref ref-type="bibr" rid="B3">2006</xref>) for grayscale, multiphase segmentation. Each image is of size 104 &#x000D7; 87. The pixel values are 10 (background), 48 (cerebrospinal fluid), 106 (gray matter), and 154 (white matter).</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0003.tif"/>
</fig>
<p>Across all 20 images of the BrainWeb dataset, <xref ref-type="table" rid="T2">Table 2</xref> reports the average DICE indices for CSF, GM, and WM and average computational times in seconds of the segmentation methods. For both cases (1) and (2), AITV SaT attains the highest average DICE indices for segmenting CSF, GM, and WM. AITV SaT is comparable to TV SaT and T-ROF in terms of computational time.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>DICE and computational time in seconds of the multiphase segmentation methods averaged over 20 images in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> with standard deviations in parentheses.</p></caption> 
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#8f9496">
<th valign="top" align="left" colspan="2"></th>
<th valign="top" align="center"><bold>TV SaT</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>AITV SaT</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>T-ROF</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Pock</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Storath</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>P</italic>/8 no blur</td>
<td valign="top" align="center">CSF DICE</td>
<td valign="top" align="center">0.8208<break/>(0.0270)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.8396</bold> <break/> (0.0262)</td>
<td valign="top" align="center">0.7398 <break/> (0.1316)</td>
<td valign="top" align="center">0.4572 <break/> (0.1474)</td>
<td valign="top" align="center">0.8041 <break/> (0.0244)</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="center">GM DICE</td>
<td valign="top" align="center">0.8097 <break/> (0.0258)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.8477</bold> <break/> (0.0157)</td>
<td valign="top" align="center">0.7904 <break/> (0.0422)</td>
<td valign="top" align="center">0.7507 <break/> (0.0719)</td>
<td valign="top" align="center">0.7900 <break/> (0.0344)</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="center">WM DICE</td>
<td valign="top" align="center">0.8449 <break/> (0.0125)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.8694</bold> <break/> (0.0101)</td>
<td valign="top" align="center">0.8221 <break/> (0.0132)</td>
<td valign="top" align="center">0.8459 <break/> (0.0283)</td>
<td valign="top" align="center">0.8138 <break/> (0.0196)</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="center">Time (sec.)</td>
<td valign="top" align="center">0.2607 <break/> (0.0625)</td>
<td valign="top" align="center">0.2863 <break/> (0.0470)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.2202</bold> <break/> (0.0324)</td>
<td valign="top" align="center">2.6139 <break/> (0.6690)</td>
<td valign="top" align="center">0.3383 <break/> (0.0948)</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>P</italic>/8 with Motion Blur</td>
<td valign="top" align="center">CSF DICE</td>
<td valign="top" align="center">0.6196 <break/> (0.0385)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.6260</bold> <break/> (0.0483)</td>
<td valign="top" align="center">0.6174 <break/> (0.0460)</td>
<td valign="top" align="center">0.3772 <break/> (0.0561)</td>
<td valign="top" align="center">0.4964 <break/> (0.0468)</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="center">GM DICE</td>
<td valign="top" align="center">0.6809 <break/> (0.0304)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.7138</bold> <break/> (0.0262)</td>
<td valign="top" align="center">0.6528 <break/> (0.0358)</td>
<td valign="top" align="center">0.6345 <break/> (0.0590)</td>
<td valign="top" align="center">0.6544<break/> (0.0399)</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="center">WM DICE</td>
<td valign="top" align="center">0.7757 <break/> (0.0127)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.7935</bold> <break/> (0.0110)</td>
<td valign="top" align="center">0.7686 <break/> (0.0164)</td>
<td valign="top" align="center">0.7529 <break/> (0.0185)</td>
<td valign="top" align="center">0.7382 <break/> (0.0140)</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="center">Time (sec.)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.2494</bold> <break/> (0.0443)</td>
<td valign="top" align="center">0.2854 <break/> (0.0279)</td>
<td valign="top" align="center">0.3647 <break/> (0.0693)</td>
<td valign="top" align="center">2.5782<break/> (0.4683)</td>
<td valign="top" align="center">0.3052 <break/> (0.1399)</td>
</tr></tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<p>Bold indicates best result.</p>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
<p><xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref> shows the segmentation results of the first image in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> for case (1). When segmenting CSF, the methods (TV SaT, AITV SaT, and Storath) yield similar visual results, while Pock fails to segment roughly half of the region. In addition, AITV SaT segments the most GM region with the least amount of noise artifacts than the other methods. Lastly, for WM segmentation, AITV SaT avoids the &#x0201C;holes&#x0201D; or &#x0201C;gaps&#x0201D; and segments fewer regions outside of the ground truth, thus outperforming TV SaT and Storath. For the three regions, T-ROF has the most noise artifacts in its segmentation results.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Segmentation result of the first image of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref> with peak <italic>P</italic>/8 under Poisson noise with no blur. From top to bottom are segmentation results for CSF, GM, and WM.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0004.tif"/>
</fig></sec>
<sec>
<title>4.3. Color segmentation</title>
<p>We perform color image segmentation on 10 images shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>, which are selected from the PASCAL VOC 2010 dataset (Everingham et al., <xref ref-type="bibr" rid="B28">2009</xref>). Each image has six different color regions. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5A</xref> is of size 307 &#x000D7; 461; <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5B</xref> is of 500 &#x000D7; 367; <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5C</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">H</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">I</xref> are of 500 &#x000D7; 375; and <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5D</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F5">G</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">J</xref> are of 375 &#x000D7; 500. Before adding Poisson noise to each channel of each image, we set the peak value <italic>P</italic> &#x0003D; 10. We choose the parameters of the SLaT methods to be &#x003BB; &#x0003D; 1.5, &#x003BC; &#x0003D; 0.05, and &#x003B1; &#x0003D; 0.6.</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Test images from the PASCAL VOC 2010 dataset (Everingham et al., <xref ref-type="bibr" rid="B28">2009</xref>) for color, multiphase segmentation. Each image has six regions. The image sizes are <bold>(A)</bold> 307 &#x000D7; 461, <bold>(B)</bold> 500 &#x000D7; 367, <bold>(C)</bold> 500 &#x000D7; 375, <bold>(D&#x02013;G)</bold> 375 &#x000D7; 500, <bold>(H, I)</bold> 500 &#x000D7; 375, and <bold>(J)</bold> 375 &#x000D7; 500.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0005.tif"/>
</fig>
<p><xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> present the piecewise-constant approximations via (10), showing similar segmentation results obtained by TV SLaT, AITV SLaT, and Storath. Quantitatively in <xref ref-type="table" rid="T3">Table 3</xref>, AITV SLaT has better PSNRs than TV SLaT and Pock for all the images and outperforms Storath for seven. Overall, the proposed AITV SLaT has the highest PSNR on average over 10 images with the lowest standard deviation and comparable speed as Storath.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Color image segmentation results of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5A</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F5">E</xref>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>Color image segmentation results of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figures 5F</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F5">J</xref>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0007.tif"/>
</fig>
<table-wrap position="float" id="T3">
<label>Table 3</label>
<caption><p>PSNR and computation time in seconds for color image segmentation of the images in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>.</p></caption> 
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#8f9496">
<th valign="top" align="left" colspan="2"></th>
<th valign="top" align="left"><bold>TV SLaT</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>AITV SLaT</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Pock</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold>Storath</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left">PSNR</td>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5A</xref></td>
<td valign="top" align="center">29.0337</td>
<td valign="top" align="left"><bold>30.4619</bold></td>
<td valign="top" align="center">19.2306</td>
<td valign="top" align="center">28.7141</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5B</xref></td>
<td valign="top" align="center"><bold>31.8673</bold></td>
<td valign="top" align="left">31.7055</td>
<td valign="top" align="center">17.3512</td>
<td valign="top" align="center">30.9703</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5C</xref></td>
<td valign="top" align="center">30.9605</td>
<td valign="top" align="left"><bold>33.4217</bold></td>
<td valign="top" align="center">18.0389</td>
<td valign="top" align="center">32.2217</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5D</xref></td>
<td valign="top" align="center">29.5265</td>
<td valign="top" align="left">32.5505</td>
<td valign="top" align="center">21.4873</td>
<td valign="top" align="center"><bold>34.7881</bold></td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5E</xref></td>
<td valign="top" align="center">29.8903</td>
<td valign="top" align="left"><bold>31.0656</bold></td>
<td valign="top" align="center">19.7646</td>
<td valign="top" align="center">28.3456</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5F</xref></td>
<td valign="top" align="center">33.2308</td>
<td valign="top" align="left"><bold>34.7619</bold></td>
<td valign="top" align="center">17.9788</td>
<td valign="top" align="center">34.4106</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5G</xref></td>
<td valign="top" align="center">28.1136</td>
<td valign="top" align="left">30.6237</td>
<td valign="top" align="center">22.5048</td>
<td valign="top" align="center"><bold>31.2439</bold></td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5H</xref></td>
<td valign="top" align="center">33.2682</td>
<td valign="top" align="left"><bold>33.4250</bold></td>
<td valign="top" align="center">18.9390</td>
<td valign="top" align="center">31.9377</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5I</xref></td>
<td valign="top" align="center">30.0659</td>
<td valign="top" align="left"><bold>31.7937</bold></td>
<td valign="top" align="center">20.0856</td>
<td valign="top" align="center">29.3905</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5J</xref></td>
<td valign="top" align="center">31.4164</td>
<td valign="top" align="left">34.0610</td>
<td valign="top" align="center">20.3185</td>
<td valign="top" align="center"><bold>34.3599</bold></td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">Avg.<break/>(Std.)</td>
<td valign="top" align="center">30.7373 <break/> (1.7266)</td>
<td valign="top" align="left"><bold>32.3870</bold> (1.4905)</td>
<td valign="top" align="center">19.5700<break/>(1.6147)</td>
<td valign="top" align="center">31.6383<break/>(2.3686)</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="1">Time (sec.)</td>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5A</xref></td>
<td valign="top" align="center">7.1992</td>
<td valign="top" align="left">8.2455</td>
<td valign="top" align="center">148.9232</td>
<td valign="top" align="center"><bold>4.9410</bold></td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5B</xref></td>
<td valign="top" align="center">12.2238</td>
<td valign="top" align="left">11.8890</td>
<td valign="top" align="center">321.0637</td>
<td valign="top" align="center"><bold>9.9533</bold></td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5C</xref></td>
<td valign="top" align="center"><bold>5.6775</bold></td>
<td valign="top" align="left">7.4494</td>
<td valign="top" align="center">384.6998</td>
<td valign="top" align="center">10.1785</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5D</xref></td>
<td valign="top" align="center"><bold>4.9511</bold></td>
<td valign="top" align="left">7.2061</td>
<td valign="top" align="center">128.4236</td>
<td valign="top" align="center">7.0026</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5E</xref></td>
<td valign="top" align="center"><bold>6.2380</bold></td>
<td valign="top" align="left">7.0719</td>
<td valign="top" align="center">275.0501</td>
<td valign="top" align="center">7.9808</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5F</xref></td>
<td valign="top" align="center"><bold>6.0509</bold></td>
<td valign="top" align="left">7.2392</td>
<td valign="top" align="center">398.1339</td>
<td valign="top" align="center">10.0982</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5G</xref></td>
<td valign="top" align="center"><bold>7.2821</bold></td>
<td valign="top" align="left">7.6919</td>
<td valign="top" align="center">165.2142</td>
<td valign="top" align="center">7.9315</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5H</xref></td>
<td valign="top" align="center"><bold>6.0269</bold></td>
<td valign="top" align="left">9.7018</td>
<td valign="top" align="center">385.3311</td>
<td valign="top" align="center">7.9389</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5I</xref></td>
<td valign="top" align="center"><bold>7.0375</bold></td>
<td valign="top" align="left">8.0875</td>
<td valign="top" align="center">250.3698</td>
<td valign="top" align="center">9.7501</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left"><xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5J</xref></td>
<td valign="top" align="center"><bold>6.1873</bold></td>
<td valign="top" align="left">10.6472</td>
<td valign="top" align="center">334.8662</td>
<td valign="top" align="center">7.2176</td>
</tr>
 <tr>
<td/>
<td valign="top" align="left">Avg.<break/>(Std.)</td>
<td valign="top" align="center"><bold>6.8874</bold><break/>(2.0088)</td>
<td valign="top" align="left">8.5230<break/>(1.6610)</td>
<td valign="top" align="center">279.2076<break/> (102.7063)</td>
<td valign="top" align="center">8.2993<break/> (1.7031)</td>
</tr></tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<p>Bold indicates best result.</p>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
</sec>
<sec>
<title>4.4. Parameter analysis</title>
<p>The proposed smoothing model (11) involves the following parameters:</p>
<list list-type="bullet">
<list-item><p><italic>The fidelity parameter</italic> &#x003BB; weighs how close the approximation <italic>Au</italic><sup>&#x0002A;</sup> is to the original image <italic>f</italic>. For a larger amount of noise, the value of &#x003BB; should be chosen smaller.</p></list-item>
<list-item><p><italic>The smoothing parameter</italic> &#x003BC; determines how smooth the solution <italic>u</italic><sup>&#x0002A;</sup> should be. A larger value of &#x003BC; may improve denoising, but at a cost of smearing out the edges between adjacent regions, which may be segmented together if they have similar colors.</p></list-item>
<list-item><p><italic>The sparsity parameter</italic> &#x003B1; &#x02208; [0, 1] determines how sparse the gradient vector at each pixel should be. More specifically, the closer the value &#x003B1; is to 1, the more ||&#x02207;<italic>u</italic>||<sub>1</sub>&#x02212;&#x003B1;||&#x02207;<italic>u</italic>||<sub>2, 1</sub> resembles ||&#x02207;<italic>u</italic>||<sub>0</sub>.</p></list-item>
</list>
<p>We perform sensitivity analysis on these parameters to understand how they affect the segmentation quality of AITV SaT/SLaT. We consider two types of tests in the case of <italic>P</italic>/8 with motion blur in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. In the first case (<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>), we fix &#x003BC; &#x0003D; 1.0 and vary &#x003B1;, &#x003BB;. In the second case (<xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>), we fix &#x003BB; &#x0003D; 5.0 and vary &#x003B1;, &#x003BC;. <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> reveals a concave relationship of the DICE index of each region with respect to the parameter &#x003BB;, which implies there exists the optimal choice of &#x003BB;. Additionally, when &#x003BB; is small, a large value for &#x003B1; can improve the DICE indices. According to <xref ref-type="fig" rid="F9">Figure 9</xref>, the DICE indices of the GM and WM regions decrease with respect to &#x003BC;, while the DICE index of the CSF region is approximately constant. For &#x003B1; &#x0003D; 0.8, the DICE indices of the GM and WM regions are the largest when &#x003BC; &#x02265; 1, but the large &#x003B1; is not optimal for CSF. Hence, an intermediate value of &#x003B1;, such as 0.6, is preferable to attain satisfactory segmentation quality for all three regions.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>Sensitivity analysis on &#x003BB; for the <italic>P</italic>/8 with motion blur case of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. The parameter &#x003BC; &#x0003D; 1.0 is fixed. DICE indices averaged over 20 images for each brain region are plotted with respect to &#x003BB;.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0008.tif"/>
</fig>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>Sensitivity analysis on &#x003BC; for the <italic>P</italic>/8 with motion blur case of <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. The parameter &#x003BB; &#x0003D; 5.0 is fixed. DICE indices averaged over 20 images for each brain region are plotted with respect to &#x003BC;.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0009.tif"/>
</fig>
<p>Lastly, in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10</xref>, we conduct sensitive analysis for the case of <italic>P</italic> &#x0003D; 10 of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>. We fix &#x003BC; &#x0003D; 0.05, while varying &#x003BB;, &#x003B1; in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10A</xref>, which indicates that the optimal value for &#x003B1; is in the range of 0.5 &#x02264; &#x003B1; &#x02264; 0.7. Then we fix &#x003BB; &#x0003D; 1.5 to examine &#x003BC; and &#x003B1; in <xref ref-type="fig" rid="F10">Figure 10B</xref>. For 0.2 &#x02264; &#x003B1; &#x02264; 0.7, PSNR decreases as &#x003BC; increases. Again, &#x003B1; &#x0003D; 0.6 generally yields the best PSNR.</p>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>Sensitivity analysis of parameters for <italic>P</italic> &#x0003D; 10 case of <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>. <bold>(A)</bold> Sensitivity analysis on &#x003BB; when &#x003BC; &#x0003D; 0.05 fixed. <bold>(B)</bold> Sensitivity analysis on &#x003BC; when &#x003BB; &#x0003D; 1.5 fixed. Average PSNR is plotted.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fcomp-05-1131317-g0010.tif"/>
</fig></sec></sec>
<sec id="s5">
<title>5. Conclusion and future work</title>
<p>In this paper, we developed the AITV Poisson SaT/SLaT framework for image segmentation. In particular, we proposed a simplified Mumford-Shah model with the AITV regularization and Poisson fidelity for the smoothing step. The model was proven to have a global minimizer. Our numerical algorithm incorporated a specific splitting scheme for ADMM and the &#x02113;<sub>1</sub>&#x02212;&#x003B1;&#x02113;<sub>2</sub> proximal operator for solving a subproblem. Convergence analysis established that the sequence generated by ADMM has a convergent subsequence to a stationary point of the nonconvex model. In our numerical experiments, the AITV Poisson SaT/SLaT yielded high-quality segmentation results within seconds for various grayscale and color images corrupted with Poisson noise and/or blur. For future directions, we are interested in other nonconvex regularization, such as &#x02113;<sub>1</sub>/&#x02113;<sub>2</sub> on the gradient (Wang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B66">2021</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B65">2022</xref>; Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B72">2022a</xref>), &#x02113;<sub><italic>p</italic></sub>, 0 &#x0003C; <italic>p</italic> &#x0003C; 1, on the gradient (Hinterm&#x000FC;ller and Wu, <xref ref-type="bibr" rid="B32">2013</xref>; Li Y. et al., <xref ref-type="bibr" rid="B43">2020</xref>; Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B73">2021b</xref>), and transformed total variation (Huo et al., <xref ref-type="bibr" rid="B33">2022</xref>), as alternatives to AITV. On the other hand, we can develop AITV variants of weighted TV (Li and Li, <xref ref-type="bibr" rid="B41">2022</xref>) or adaptive TV (Wu et al., <xref ref-type="bibr" rid="B71">2021a</xref>; Zhang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B80">2022</xref>). Moreover, we plan to determine how to make the sparsity parameter &#x003B1; in AITV adaptable to each image. In future work, we will adapt other segmentation algorithms (Li et al., <xref ref-type="bibr" rid="B38">2010</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B39">2016</xref>; Jung et al., <xref ref-type="bibr" rid="B35">2014</xref>; Jung, <xref ref-type="bibr" rid="B34">2017</xref>; Cai et al., <xref ref-type="bibr" rid="B11">2019</xref>; Yang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B78">2022</xref>; Pang et al., <xref ref-type="bibr" rid="B52">2023</xref>) designed for Gaussian noise or impulsive noise to Poisson noise.</p></sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s6">
<title>Data availability statement</title>
<p>Publicly available datasets were analyzed in this study. This data can be found at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://drive.grand-challenge.org/DRIVE/">https://drive.grand-challenge.org/DRIVE/</ext-link>; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/casperdcl/brainweb">https://github.com/casperdcl/brainweb</ext-link>; <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www2.eecs.berkeley.edu/Research/Projects/CS/vision/bsds/">https://www2.eecs.berkeley.edu/Research/Projects/CS/vision/bsds/</ext-link>. Code for AITV Poisson SaT/SLaT is available at <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/kbui1993/Official_Poisson_AITV_SaT_SLaT">https://github.com/kbui1993/Official_Poisson_AITV_SaT_SLaT</ext-link>.</p></sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>KB performed the experiments and analysis and drafted the manuscript. All authors contributed to the design, evaluation, discussions, and production of the manuscript. All authors contributed to the article and approved the submitted version.</p></sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="funding-information" id="s8">
<title>Funding</title>
<p>This work was partially supported by NSF grants DMS-1846690, DMS-1854434, DMS-1952644, DMS-2151235, and a Qualcomm Faculty Award.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<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="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x00027;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>
<fn-group>
<fn id="fn0001"><p><sup>1</sup><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://xiaohaocai.netlify.app/download/">https://xiaohaocai.netlify.app/download/</ext-link></p></fn>
<fn id="fn0002"><p><sup>2</sup>Python code is available at <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/VLOGroup/pgmo-lecture/blob/master/notebooks/tv-potts.ipynb">https://github.com/VLOGroup/pgmo-lecture/blob/master/notebooks/tv-potts.ipynb</ext-link> and a translated MATLAB code is available at <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/kbui1993/MATLAB_Potts">https://github.com/kbui1993/MATLAB_Potts</ext-link>.</p></fn>
<fn id="fn0003"><p><sup>3</sup><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://github.com/mstorath/Pottslab">https://github.com/mstorath/Pottslab</ext-link></p></fn>
</fn-group>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ambrosio</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Tortorelli</surname> <given-names>V. M.</given-names></name></person-group> (<year>1990</year>). <article-title>Approximation of functional depending on jumps by elliptic functional via t-convergence</article-title>. <source>Commun. Pure Appl. Math</source>. <volume>43</volume>, <fpage>999</fpage>&#x02013;<lpage>1036</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/cpa.3160430805</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Anscombe</surname> <given-names>F. J.</given-names></name></person-group> (<year>1948</year>). <article-title>The transformation of Poisson, binomial and negative-binomial data</article-title>. <source>Biometrika</source> <volume>35</volume>, <fpage>246</fpage>&#x02013;<lpage>254</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/biomet/35.3-4.246</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Aubert-Broche</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Griffin</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Pike</surname> <given-names>G. B.</given-names></name> <name><surname>Evans</surname> <given-names>A. C.</given-names></name> <name><surname>Collins</surname> <given-names>D. L.</given-names></name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Twenty new digital brain phantoms for creation of validation image data bases</article-title>. <source>IEEE Trans. Med. Imaging</source> <volume>25</volume>, <fpage>1410</fpage>&#x02013;<lpage>1416</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TMI.2006.883453</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17117770</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bar</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>T. F.</given-names></name> <name><surname>Chung</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Jung</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Kiryati</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Mohieddine</surname> <given-names>R.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2011</year>). <article-title>&#x0201C;Mumford and Shah model and its applications to image segmentation and image restoration,&#x0201D;</article-title> in <source>Handbook of Mathematical Methods in Imaging</source>, ed O. Scherzer (New York, NY: Springer), <fpage>1095</fpage>&#x02013;<lpage>1157</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-0-387-92920-0_25</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28603407</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Beck</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <source>First-order Methods in Optimization</source>. <publisher-loc>Philadelphia, PA</publisher-loc>: <publisher-name>SIAM</publisher-name>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/1.9781611974997</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Boyd</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Parikh</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Chu</surname> <given-names>E.</given-names></name> <name><surname>Peleato</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Eckstein</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Distributed optimization and statistical learning via the alternating direction method of multipliers</article-title>. <source>Found. Trends Mach. Learn</source>. <volume>3</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>122</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1561/2200000016</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bui</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Fauman</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Kes</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Torres Mandiola</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Ciomaga</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Salazar</surname> <given-names>R.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2020</year>). <article-title>Segmentation of scanning tunneling microscopy images using variational methods and empirical wavelets</article-title>. <source>Pattern Anal. Appl</source>. <volume>23</volume>, <fpage>625</fpage>&#x02013;<lpage>651</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10044-019-00824-0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bui</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Park</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Xin</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>An efficient smoothing and thresholding image segmentation framework with weighted anisotropic-isotropic total variation</article-title>. <source>arXiv preprint arXiv:2202.10115</source>. <pub-id pub-id-type="doi">10.48550/arXiv.2202.10115</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bui</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Park</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Xin</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A weighted difference of anisotropic and isotropic total variation for relaxed Mumford-Shah color and multiphase image segmentation</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>14</volume>, <fpage>1078</fpage>&#x02013;<lpage>1113</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/20M1337041</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cai</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Nikolova</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A three-stage approach for segmenting degraded color images: smoothing, lifting and thresholding (SLaT)</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>72</volume>, <fpage>1313</fpage>&#x02013;<lpage>1332</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-017-0402-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cai</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Schonlieb</surname> <given-names>C.-B.</given-names></name> <name><surname>Steidl</surname> <given-names>G.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Linkage between piecewise constant Mumford-Shah model and Rudin-Osher-Fatemi model and its virtue in image segmentation</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>41</volume>, <fpage>B1310</fpage>&#x02013;<lpage>B1340</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/18M1202980</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cai</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>A two-stage image segmentation method using a convex variant of the Mumford-Shah model and thresholding</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>6</volume>, <fpage>368</fpage>&#x02013;<lpage>390</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/120867068</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cao</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Sun</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Fast image deconvolution using closed-form thresholding formulas of <inline-formula><mml:math id="M170"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> regularization</article-title>. <source>J. Vis. Commun. Image Represent</source>. <volume>24</volume>, <fpage>31</fpage>&#x02013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jvcir.2012.10.006</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cascarano</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Calatroni</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Piccolomini</surname> <given-names>E. L.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Efficient &#x02113;<sup>0</sup> gradient-based super-resolution for simplified image segmentation</article-title>. <source>IEEE Trans. Comput. Imaging</source> <volume>7</volume>, <fpage>399</fpage>&#x02013;<lpage>408</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCI.2021.3070720</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chambolle</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Pock</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>A first-order primal-dual algorithm for convex problems with applications to imaging</article-title>. <source>J. Math. Imaging Vis</source>. <volume>40</volume>, <fpage>120</fpage>&#x02013;<lpage>145</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10851-010-0251-1</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chan</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>A two-stage image segmentation method for blurry images with Poisson or multiplicative Gamma noise</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>7</volume>, <fpage>98</fpage>&#x02013;<lpage>127</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/130920241</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chan</surname> <given-names>T. F.</given-names></name> <name><surname>Esedoglu</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Nikolova</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2006</year>). <article-title>Algorithms for finding global minimizers of image segmentation and denoising models</article-title>. <source>SIAM J. Appl. Math</source>. <volume>66</volume>, <fpage>1632</fpage>&#x02013;<lpage>1648</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/040615286</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">37238979</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chan</surname> <given-names>T. F.</given-names></name> <name><surname>Vese</surname> <given-names>L. A.</given-names></name></person-group> (<year>2001</year>). <article-title>Active contours without edges</article-title>. <source>IEEE Trans. Image Process</source>. <volume>10</volume>, <fpage>266</fpage>&#x02013;<lpage>277</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/83.902291</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18249617</pub-id></citation></ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chang</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Duan</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Marchesini</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Total variation-based phase retrieval for Poisson noise removal</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>11</volume>, <fpage>24</fpage>&#x02013;<lpage>55</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/16M1103270</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chartrand</surname> <given-names>R.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>Exact reconstruction of sparse signals via nonconvex minimization</article-title>. <source>IEEE Signal Process. Lett</source>. <volume>14</volume>, <fpage>707</fpage>&#x02013;<lpage>710</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/LSP.2007.898300</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Choksi</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Gennip</surname> <given-names>Y. G.</given-names></name> <name><surname>Oberman</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2011</year>). <article-title>Anisotropic total variation regularized <italic>L</italic><sup>1</sup> approximation and denoising/deblurring of 2D bar codes</article-title>. <source>Inverse Probl. Imaging</source> <volume>5</volume>, <fpage>591</fpage>&#x02013;<lpage>617</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3934/ipi.2011.5.591</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chowdhury</surname> <given-names>M. R.</given-names></name> <name><surname>Qin</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2020a</year>). <article-title>Non-blind and blind deconvolution under Poisson noise using fractional-order total variation</article-title>. <source>J. Math. Imaging Vis</source>. <volume>62</volume>, <fpage>1238</fpage>&#x02013;<lpage>1255</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10851-020-00987-0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chowdhury</surname> <given-names>M. R.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Qin</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2020b</year>). <article-title>Poisson image denoising based on fractional-order total variation</article-title>. <source>Inverse Probl. Imaging</source> <volume>14</volume>, <fpage>77</fpage>&#x02013;<lpage>96</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3934/ipi.2019064</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dice</surname> <given-names>L. R.</given-names></name></person-group> (<year>1945</year>). <article-title>Measures of the amount of ecologic association between species</article-title>. <source>Ecology</source> <volume>26</volume>, <fpage>297</fpage>&#x02013;<lpage>302</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2307/1932409</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ding</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Han</surname> <given-names>W.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>&#x003B1;&#x02113;<sub>1</sub>&#x02212;&#x003B2;&#x02113;<sub>2</sub> regularization for sparse recovery</article-title>. <source>Inverse Probl</source>. <volume>35</volume>:<fpage>125009</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6420/ab34b5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29244777</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Duan</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Chang</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Lu</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>C.</given-names></name></person-group> (<year>2015</year>). <article-title>The <italic>L</italic><sub>0</sub> regularized Mumford-Shah model for bias correction and segmentation of medical images</article-title>. <source>IEEE Trans. Image Process</source>. <volume>24</volume>, <fpage>3927</fpage>&#x02013;<lpage>3938</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIP.2015.2451957</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26151940</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Evans</surname> <given-names>L. C.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <source>Partial Differential Equations, Vol. 19</source>. Providence: American Mathematical Society. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/gsm/019</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Everingham</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Van Gool</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Williams</surname> <given-names>C. K.</given-names></name> <name><surname>Winn</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Zisserman</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>The PASCAL visual object classes (VOC) challenge</article-title>. <source>Int. J. Comput. Vis</source>. <volume>88</volume>, <fpage>303</fpage>&#x02013;<lpage>308</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11263-009-0275-4</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ge</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>P.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>The Dantzig selector: recovery of signal via &#x02113;<sub>1</sub>&#x02212;&#x003B1;&#x02113;<sub>2</sub> minimization</article-title>. <source>Inverse Probl</source>. <volume>38</volume>:<fpage>015006</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6420/ac39f8</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gu</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Xie</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Meng</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Zuo</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Feng</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Weighted nuclear norm minimization and its applications to low level vision</article-title>. <source>Int. J. Comput. Vis</source>. <volume>121</volume>, <fpage>183</fpage>&#x02013;<lpage>208</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11263-016-0930-5</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Guo</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Qin</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Yan</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A novel regularization based on the error function for sparse recovery</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>87</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-021-01443-w</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><collab>Hinterm&#x000FC;ller M. and Wu, T..</collab></person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Nonconvex TV<sup><italic>q</italic></sup>-models in image restoration: analysis and a trust-region regularization-based superlinearly convergent solver</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>6</volume>, <fpage>1385</fpage>&#x02013;<lpage>1415</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/110854746</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B33">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huo</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Ge</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Ng</surname> <given-names>M. K.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Stable image reconstruction using transformed total variation minimization</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>15</volume>, <fpage>1104</fpage>&#x02013;<lpage>1139</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/21M1438566</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jung</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2017</year>). <article-title>Piecewise-smooth image segmentation models with <italic>l</italic><sup>1</sup> data-fidelity terms</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>70</volume>, <fpage>1229</fpage>&#x02013;<lpage>1261</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-016-0280-z</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jung</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Kang</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Kang</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Variational image segmentation models involving non-smooth data-fidelity terms</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>59</volume>, <fpage>277</fpage>&#x02013;<lpage>308</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-013-9766-0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B36">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lant&#x000E9;ri</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Theys</surname> <given-names>C.</given-names></name></person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Restoration of astrophysical images-the case of Poisson data with additive Gaussian noise</article-title>. <source>EURASIP J. Adv. Signal Process</source>. <volume>2005</volume>, <fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/ASP.2005.2500</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B37">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Le</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Chartrand</surname> <given-names>R.</given-names></name> <name><surname>Asaki</surname> <given-names>T. J.</given-names></name></person-group> (<year>2007</year>). <article-title>A variational approach to reconstructing images corrupted by Poisson noise</article-title>. <source>J. Math. Imaging Vis</source>. <volume>27</volume>, <fpage>257</fpage>&#x02013;<lpage>263</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10851-007-0652-y</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B38">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Ng</surname> <given-names>M. K.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T. Y.</given-names></name> <name><surname>Shen</surname> <given-names>C.</given-names></name></person-group> (<year>2010</year>). <article-title>A multiphase image segmentation method based on fuzzy region competition</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>3</volume>, <fpage>277</fpage>&#x02013;<lpage>299</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/080736752</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B39">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Osher</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Qin</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Yan</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>A multiphase image segmentation based on fuzzy membership functions and L1-norm fidelity</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>69</volume>, <fpage>82</fpage>&#x02013;<lpage>106</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-016-0183-z</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Guo</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Cui</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Xie</surname> <given-names>D.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Image segmentation with adaptive spatial priors from joint registration</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>15</volume>, <fpage>1314</fpage>&#x02013;<lpage>1344</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/21M1444874</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>M.-M.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>B.-Z.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>A novel weighted anisotropic total variational model for image applications</article-title>. <source>Signal Image Video Process</source>. <volume>16</volume>, <fpage>211</fpage>&#x02013;<lpage>218</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11760-021-01977-4</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B42">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Ge</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Ng</surname> <given-names>M. K.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>&#x02113;<sub>1</sub>&#x02212;&#x003B1;&#x02113;<sub>2</sub> minimization methods for signal and image reconstruction with impulsive noise removal</article-title>. <source>Inverse Probl</source>. <volume>36</volume>:<fpage>055009</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6420/ab750c</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B43">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Duan</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>The TV<sub><italic>p</italic></sub> regularized Mumford-Shah model for image labeling and segmentation</article-title>. <source>IEEE Trans. Image Process</source>. <volume>29</volume>, <fpage>7061</fpage>&#x02013;<lpage>7075</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIP.2020.2997524</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B44">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Liu</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Deng</surname> <given-names>K.</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Wen</surname> <given-names>Z.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>An entropy-regularized ADMM for binary quadratic programming</article-title>. <source>J. Glob. Optim</source>. 1&#x02013;33. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10898-022-01144-0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B45">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Osher</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Xin</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2015a</year>). <article-title>&#x0201C;Computational aspects of constrained <italic>L</italic><sub>1</sub>&#x02212;<italic>L</italic><sub>2</sub> minimization for compressive sensing,&#x0201D;</article-title> in <source>Modelling, Computation and Optimization in Information Systems and Management Sciences</source>, eds H. A. L. Thi, T. P. Dinh, and N. T. Nguyen (University of Lorraine, France: Springer), <fpage>169</fpage>&#x02013;<lpage>180</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-319-18161-5_15</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B46">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Yan</surname> <given-names>M.</given-names></name></person-group> (<year>2018</year>). <article-title>Fast L1-L2 minimization via a proximal operator</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>74</volume>, <fpage>767</fpage>&#x02013;<lpage>785</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-017-0463-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B47">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Yin</surname> <given-names>P.</given-names></name> <name><surname>He</surname> <given-names>Q.</given-names></name> <name><surname>Xin</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2015b</year>). <article-title>Computing sparse representation in a highly coherent dictionary based on difference of <italic>L</italic><sub>1</sub> and <italic>L</italic><sub>2</sub></article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>64</volume>, <fpage>178</fpage>&#x02013;<lpage>196</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-014-9930-1</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B48">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Osher</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Xin</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2015c</year>). <article-title>A weighted difference of anisotropic and isotropic total variation model for image processing</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>8</volume>, <fpage>1798</fpage>&#x02013;<lpage>1823</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/14098435X</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B49">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Luong</surname> <given-names>Q.-T.</given-names></name></person-group> (<year>1993</year>). <article-title>&#x0201C;Color in computer vision,&#x0201D;</article-title> in <source>Handbook of Pattern Recognition and Computer Vision</source>, eds C. H. Chen, L. F. Pau, P. S. P. Wang (Singapore: World Scientific), <fpage>311</fpage>&#x02013;<lpage>368</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/9789814343138_0012</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B50">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mumford</surname> <given-names>D. B.</given-names></name> <name><surname>Shah</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>1989</year>). <article-title>Optimal approximations by piecewise smooth functions and associated variational problems</article-title>. <source>Commun. Pure Appl. Math</source>. <volume>42</volume>, <fpage>577</fpage>&#x02013;<lpage>685</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/cpa.3160420503</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B51">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Osher</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Sethian</surname> <given-names>J. A.</given-names></name></person-group> (<year>1988</year>). <article-title>Fronts propagating with curvature-dependent speed: algorithms based on Hamilton-Jacobi formulations</article-title>. <source>J. Comput. Phys</source>. <volume>79</volume>, <fpage>12</fpage>&#x02013;<lpage>49</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0021-9991(88)90002-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B52">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pang</surname> <given-names>Z.-F.</given-names></name> <name><surname>Geng</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Zheng</surname> <given-names>L.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2023</year>). <article-title>Adaptive weighted curvature-based active contour for ultrasonic and 3T/5T MR image segmentation</article-title>. <source>Signal Process</source>. <volume>205</volume>:<fpage>108881</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.sigpro.2022.108881</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B53">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Park</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Xin</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>&#x0201C;A weighted difference of anisotropic and isotropic total variation for relaxed Mumford-Shah image segmentation,&#x0201D;</article-title> in <source>2016 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP)</source> (<publisher-loc>Phoenix, AZ</publisher-loc>), <fpage>4314</fpage>&#x02013;<lpage>4318</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ICIP.2016.7533174</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B54">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pock</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Chambolle</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Cremers</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Bischof</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <article-title>&#x0201C;A convex relaxation approach for computing minimal partitions,&#x0201D;</article-title> in <source>2009 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition</source> (<publisher-loc>Miami, FL</publisher-loc>), <fpage>810</fpage>&#x02013;<lpage>817</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/CVPR.2009.5206604</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B55">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Potts</surname> <given-names>R. B.</given-names></name></person-group> (<year>1952</year>). <article-title>Some generalized order-disorder transformations</article-title>. <source>Math. Proc. Cambrid. Philos. Soc</source>. <volume>48</volume>, <fpage>106</fpage>&#x02013;<lpage>109</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0305004100027419</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B56">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rahimi</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Dong</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A scale-invariant approach for sparse signal recovery</article-title>. <source>SIAM J. Sci. Comput</source>. <volume>41</volume>, <fpage>A3649</fpage>&#x02013;<lpage>A3672</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/18M123147X</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B57">
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rockafellar</surname> <given-names>R. T.</given-names></name> <name><surname>Wets</surname> <given-names>R. J.-B.</given-names></name></person-group> (<year>2009</year>). <source>Variational Analysis, Vol. 317</source>. <publisher-loc>Berlin; Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Science &#x00026; Business Media</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B58">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rudin</surname> <given-names>L. I.</given-names></name> <name><surname>Osher</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Fatemi</surname> <given-names>E.</given-names></name></person-group> (<year>1992</year>). <article-title>Nonlinear total variation based noise removal algorithms</article-title>. <source>Phys. D</source> <volume>60</volume>, <fpage>259</fpage>&#x02013;<lpage>268</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0167-2789(92)90242-F</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B59">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Staal</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Abr&#x000E0;moff</surname> <given-names>M. D.</given-names></name> <name><surname>Niemeijer</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Viergever</surname> <given-names>M. A.</given-names></name> <name><surname>Van Ginneken</surname> <given-names>B.</given-names></name></person-group> (<year>2004</year>). <article-title>Ridge-based vessel segmentation in color images of the retina</article-title>. <source>IEEE Trans. Med. Imaging</source> <volume>23</volume>, <fpage>501</fpage>&#x02013;<lpage>509</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TMI.2004.825627</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15084075</pub-id></citation></ref>
<ref id="B60">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Storath</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Weinmann</surname> <given-names>A.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Fast partitioning of vector-valued images</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>7</volume>, <fpage>1826</fpage>&#x02013;<lpage>1852</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/130950367</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B61">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Storath</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Weinmann</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Demaret</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>2014</year>). <article-title>Jump-sparse and sparse recovery using Potts functionals</article-title>. <source>IEEE Trans. Signal Process</source>. <volume>62</volume>, <fpage>3654</fpage>&#x02013;<lpage>3666</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2014.2329263</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B62">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tongbram</surname> <given-names>S.</given-names></name> <name><surname>Shimray</surname> <given-names>B. A.</given-names></name> <name><surname>Singh</surname> <given-names>L. S.</given-names></name> <name><surname>Dhanachandra</surname> <given-names>N.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>A novel image segmentation approach using FCM and whale optimization algorithm</article-title>. <source>J. Ambient. Intell. Human. Comput</source>. 1&#x02013;15. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12652-020-02762-w</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B63">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Vardi</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Shepp</surname> <given-names>L. A.</given-names></name> <name><surname>Kaufman</surname> <given-names>L.</given-names></name></person-group> (<year>1985</year>). <article-title>A statistical model for positron emission tomography</article-title>. <source>J. Am. Stat. Assoc</source>. <volume>80</volume>, <fpage>8</fpage>&#x02013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/01621459.1985.10477119</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32848125</pub-id></citation></ref>
<ref id="B64">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Vese</surname> <given-names>L. A.</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>T. F.</given-names></name></person-group> (<year>2002</year>). <article-title>A multiphase level set framework for image segmentation using the Mumford and Shah model</article-title>. <source>Int. J. Comput. Vis</source>. <volume>50</volume>, <fpage>271</fpage>&#x02013;<lpage>293</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/A:1020874308076</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B65">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Tao</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Chuah</surname> <given-names>C.-N.</given-names></name> <name><surname>Nagy</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Minimizing <italic>l</italic><sub>1</sub> over <italic>l</italic><sub>2</sub> norms on the gradient</article-title>. <source>Inverse Probl</source>. <volume>38</volume>:<fpage>065011</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6420/ac64fb</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35815002</pub-id></citation></ref>
<ref id="B66">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Tao</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Nagy</surname> <given-names>J. G.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Limited-angle CT reconstruction via the <italic>l</italic><sub>1</sub>/<italic>l</italic><sub>2</sub> minimization</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>14</volume>, <fpage>749</fpage>&#x02013;<lpage>777</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/20M1341490</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B67">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>Yan</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Rahimi</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Lou</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2020</year>). <article-title>Accelerated schemes for the <italic>l</italic><sub>1</sub>/<italic>l</italic><sub>2</sub> minimization</article-title>. <source>IEEE Trans. Signal Process</source>. <volume>68</volume>, <fpage>2660</fpage>&#x02013;<lpage>2669</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2020.2985298</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B68">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Yang</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Yin</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2008</year>). <article-title>A new alternating minimization algorithm for total variation image reconstruction</article-title>. <source>SIAM J. Imaging Sci</source>. <volume>1</volume>, <fpage>248</fpage>&#x02013;<lpage>272</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/080724265</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B69">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Yin</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>J.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Global convergence of ADMM in nonconvex nonsmooth optimization</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>78</volume>, <fpage>29</fpage>&#x02013;<lpage>63</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-018-0757-z</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">35737613</pub-id></citation></ref>
<ref id="B70">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wen</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>R. H.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2016</year>). <article-title>Primal-dual algorithms for total variation based image restoration under Poisson noise</article-title>. <source>Sci. China Math</source>. <volume>59</volume>, <fpage>141</fpage>&#x02013;<lpage>160</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11425-015-5079-0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33095714</pub-id></citation></ref>
<ref id="B71">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Gu</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2021a</year>). <article-title>Adaptive total variation based image segmentation with semi-proximal alternating minimization</article-title>. <source>Signal Process</source>. <volume>183</volume>:<fpage>108017</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.sigpro.2021.108017</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B72">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Mao</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2022a</year>). <article-title>Efficient color image segmentation via quaternion-based <italic>L</italic><sub>1</sub>/<italic>L</italic><sub>2</sub> regularization</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>93</volume>:<fpage>9</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-022-01970-0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B73">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Shao</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Gu</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Ng</surname> <given-names>M. K.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2021b</year>). <article-title>Two-stage image segmentation based on nonconvex &#x02113;<sub>2</sub>&#x02212;&#x02113;<sub><italic>p</italic></sub> approximation and thresholding</article-title>. <source>Appl. Math. Comput</source>. <volume>403</volume>:<fpage>126168</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2021.126168</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B74">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Mao</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Shi</surname> <given-names>L.</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2022b</year>). <article-title>Image segmentation via Fischer-Burmeister total variation and thresholding</article-title>. <source>Adv. Appl. Math. Mech</source>. <volume>14</volume>, <fpage>960</fpage>&#x02013;<lpage>988</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.4208/aamm.OA-2021-0126</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B75">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xu</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Narayan</surname> <given-names>A.</given-names></name> <name><surname>Tran</surname> <given-names>H.</given-names></name> <name><surname>Webster</surname> <given-names>C. G.</given-names></name></person-group> (<year>2021</year>). <article-title>Analysis of the ratio of <italic>l</italic><sub>1</sub> and <italic>l</italic><sub>2</sub> norms in compressed sensing</article-title>. <source>Appl. Comput. Harmon. Anal</source>. <volume>55</volume>, <fpage>486</fpage>&#x02013;<lpage>511</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.acha.2021.06.006</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B76">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xu</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Yin</surname> <given-names>W.</given-names></name> <name><surname>Wen</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>Y.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title>An alternating direction algorithm for matrix completion with nonnegative factors</article-title>. <source>Front. Math. China</source> <volume>7</volume>, <fpage>365</fpage>&#x02013;<lpage>384</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11464-012-0194-5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">32287029</pub-id></citation></ref>
<ref id="B77">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xu</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Chang</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>F.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>H.</given-names></name></person-group> (<year>2012</year>). <article-title><italic>L</italic><sub>1</sub>/2 regularization: a thresholding representation theory and a fast solver</article-title>. <source>IEEE Trans. Neural Netw. Learn. Syst</source>. <volume>23</volume>, <fpage>1013</fpage>&#x02013;<lpage>1027</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TNNLS.2012.2197412</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">24807129</pub-id></citation></ref>
<ref id="B78">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yang</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Guo</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>B.</given-names></name> <name><surname>Du</surname> <given-names>S.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>An anisotropic diffusion system with nonlinear time-delay structure tensor for image enhancement and segmentation</article-title>. <source>Comput. Math. Appl</source>. <volume>107</volume>, <fpage>29</fpage>&#x02013;<lpage>44</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.camwa.2021.12.005</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B79">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>You</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Jiao</surname> <given-names>Y.</given-names></name> <name><surname>Lu</surname> <given-names>X.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name></person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A nonconvex model with minimax concave penalty for image restoration</article-title>. <source>J. Sci. Comput</source>. <volume>78</volume>, <fpage>1063</fpage>&#x02013;<lpage>1086</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-018-0801-z</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B80">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Wu</surname> <given-names>C.</given-names></name> <name><surname>He</surname> <given-names>Z.</given-names></name> <name><surname>Zeng</surname> <given-names>T.</given-names></name> <name><surname>Jin</surname> <given-names>Q.</given-names></name></person-group> (<year>2022</year>). <article-title>Edge adaptive hybrid regularization model for image deblurring</article-title>. <source>Inverse Probl</source>. <volume>38</volume>:<fpage>065010</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1361-6420/ac60bf</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B81">
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zosso</surname> <given-names>D.</given-names></name> <name><surname>An</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Stevick</surname> <given-names>J.</given-names></name> <name><surname>Takaki</surname> <given-names>N.</given-names></name> <name><surname>Weiss</surname> <given-names>M.</given-names></name> <name><surname>Slaughter</surname> <given-names>L. S.</given-names></name> <etal/></person-group>. (<year>2017</year>). <article-title>Image segmentation with dynamic artifacts detection and bias correction</article-title>. <source>Inverse Probl. Imaging</source> <volume>11</volume>, <fpage>577</fpage>&#x02013;<lpage>600</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3934/ipi.2017027</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>