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利用无容量最小成本流计算二维直方图之间的Kantorovich-Wasserstein距离。 (英语) 1450.90008兹罗提

小结:在这项工作中,我们提出了一种计算一对二维直方图之间1阶Kantorovich-Wasserstein距离的方法。计算机视觉和机器学习领域的最新研究表明,通过求解具有节点和边的超大完全二部图上的经典运输问题,可以测量带箱直方图之间的1阶Wasserstein距离。我们工作的主要贡献是通过利用成本函数的几何结构,在规模为(O(n))的缩减流网络上,通过一个无容量的最小成本流问题来近似原始运输问题。更准确地说,当用1-范数或(infty)-范数测量箱中心之间的距离时,我们的方法提供了一个最优解。当用2-范数测量箱之间的距离时,(i)我们导出了最优解和近似解之间误差的定量估计;(ii)考虑到误差,我们构造了一个大小为(O(n))的约化流网络。

MSC公司:

90C06型 数学规划中的大尺度问题
90C08型 线性规划的特殊问题(运输、多指标、数据包络分析等)
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参考文献:

[1] R.K.Ahuja、T.L.Magnanti和J.B.Orlin,《网络流:理论、算法和应用》,马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院阿尔弗雷德·斯隆管理学院,1988年·Zbl 1201.90001号
[2] J.Altschuler、J.Weed和P.Rigollet,通过Sinkhorn迭代实现最佳传输的近线性时间近似算法,《国际神经信息处理会议论文集》,2017年,第1961-1971页。
[3] L.Ambrosio、N.Gigli和G.Savareí,《梯度流:在度量空间和概率测度空间中》,Springer Science&Business Media,纽约,2008年·Zbl 1145.35001号
[4] M.Arjovsky、S.Chintala和L.Bottou、Wasserstein GAN,2017年预印本,https://arxiv.org/abs/1701.07875。
[5] S.Arora,np-hard几何优化问题的近似方案:综述,数学。程序。,97(2003),第43-69页·Zbl 1035.90113号
[6] M.L.Balinski和F.J.Rispoli,运输多边形的特征类,数学。程序。,60(1993),第127-144页·Zbl 0783.90078号
[7] F.Bassetti、A.Bodini和E.Regazzini,《关于最小Kantorovich距离估计器》,统计学。普罗巴伯。莱特。,76(2006),第1298-1302页·1090.62030兹罗提
[8] F.Bassetti和E.Regazzini,位置尺度参数最小相异估计量的渐近性质和稳健性,理论概率。申请。,50(2006),第171-186页·Zbl 1089.62022号
[9] T.Bernas、E.K.Asem、J.P.Robinson和B.Rajwa,二次型:流式细胞术直方图定量比较的稳健指标,细胞术A部分,73(2008),第715-726页。
[10] S.Borgwardt、J.De Loera和E.Finhold,网络流多面体的直径满足Hirsch猜想,数学。程序。,171(2017),第283-309页·Zbl 1406.52023号
[11] U.Buönnagel、B.Korte和J.Vygen,Goldberg-Tarjan最小成本流算法的高效实现,Optim。方法软。,10(1998年),第157-174页·Zbl 0949.90008号
[12] L.Chizat、G.Peyreí、B.Schmitzer和F.-X.Vialard,非平衡最优运输问题的缩放算法,数学。公司。,87(2018),第2563-2609页·Zbl 1402.90120号
[13] N.Courty、R.Flamary、D.Tuia和A.Rakotomamonjy,域适配的最佳传输,IEEE Trans。模式分析。机器。智力。,39(2017),第1853-1865页。
[14] M.Cuturi,《Sinkhorn distances:最优传输的光速计算》,《神经信息处理国际会议论文集》,2013年,第2292-2300页。
[15] M.Cuturi和A.Doucet,Wasserstein重心的快速计算,《国际机器学习会议论文集》,2014年,第685-693页。
[16] G.Dantzig,《线性规划与扩展》,普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿,2016年。
[17] E.W.Dijkstra,关于与图有关的两个问题的注释,Numer。数学。,1(1959年),第269-271页·Zbl 0092.16002号
[18] M.M.Flood,《关于希区柯克分布问题》,太平洋数学杂志。,3(1953年),第369-386页·Zbl 0050.36808号
[19] C.Frogner、C.Zhang、H.Mobahi、M.Araya和T.A.Poggio,《Wasserstein缺失的学习》,《神经信息处理国际会议论文集》,2015年,第2053-2061页。
[20] A.V.Goldberg,《缩放最小成本流算法的有效实现》,《J.算法》,22(1997),第1-29页。
[21] A.V.Goldberg和R.E.Tarjan,《通过取消负循环寻找最小成本循环》,J.ACM,36(1989),第873-886页·兹伯利0697.68063
[22] R.L.Graham、D.E.Knuth和O.Patashnik,《具体数学:计算机科学基础》,第二版,Addison-Wesley,Upper Saddle River,NJ,1994年·Zbl 0836.00001号
[23] F.S.Hillier和G.J.Lieberman,《运筹学导论》,麦格劳-希尔科学、工程与数学,纽约,1995年·Zbl 0155.28202号
[24] K.Holmberg和H.Tuy,具有随机需求和凹形生产成本的生产运输问题,数学。程序。,85(1999),第157-179页·Zbl 0956.90020号
[25] M.N.Huxley和W.G.Nowak,凸平面域中的原点阵点,学报。,76(1996),第271-283页·Zbl 0861.11056号
[26] M.Kazhdan、P.Simari、T.McNutt、B.Wu、R.Jacques、M.Chuang和R.Taylor,放射治疗计划的形状关系描述符,《医学图像计算和计算机辅助干预国际会议论文集》,Springer,2009年,第100-108页。
[27] B.Kort、J.Vygen、B.Korte和J.Vy gen,组合优化,第五版,Springer,Cham,2012年·兹比尔1237.90001
[28] P.Kovaícs,最小成本流算法:实验评估,Optim。方法软。,30(2015),第94-127页·Zbl 1320.90095
[29] E.Levina和P.Bickel,《推土机的距离是Mallows距离:来自统计的一些见解》,《IEEE计算机视觉国际会议论文集》,第2卷,IEEE,2001年,第251-256页。
[30] W.Li、E.K.Ryu、S.Osher、W.Yin和W.Gangbo,推土机距离的平行方法,科学杂志。计算。,75(2018年),第182-197页·Zbl 1398.65124号
[31] T.Lin、N.Ho和M.I.Jordan,《高效优化运输:贪婪和加速镜像下降算法分析》,预印本,2019年,https://arxiv.org/abs/1901.06482。
[32] T.Lin、N.Ho和M.I.Jordan,《关于优化运输的下沉和Greenkhorn算法的加速》,预印本,2019年,https://arxiv.org/abs/1906.01437。
[33] H.Ling和K.Okada,用于鲁棒直方图比较的有效地球移动器距离算法,IEEE Trans。模式分析。机器。智力。,29(2007),第840-853页。
[34] J.Liu、W.Yin、W.Li和Y.T.Chow,《多级最优运输:Wasserstein-1距离的快速近似》,预印本,2018年,https://arxiv.org/abs/1810.00118。
[35] D.G.Lowe,《不同尺度关键点的独特图像特征》,国际期刊Compu。视觉。,60(2004年),第91-110页。
[36] J.S.Mitchell,《几何最短路径和网络优化》,《计算几何手册》,J.-R.Sack和J.Urrutia编辑,北荷兰,阿姆斯特丹,2000年,第633-702页·Zbl 0930.65001号
[37] G.Monge,Meímoire sur la theöorie des de⁄blais et des remblais,摘自《巴黎科学史》,1781年。
[38] A.Munk和C.Czado,相似分布的非参数验证和拟合优度评估,J.R.Stat.Soc.Ser。B.统计方法。,60(1998年),第223-241页·Zbl 0909.62047号
[39] I.Niven、H.S.Zuckerman和H.L.Montgomery,《数字理论导论》,第5卷,第5版,威利出版社,纽约,1991年·Zbl 0742.11001号
[40] J.B.Orlin,一种快速的强多项式最小费用流算法,Oper。Res.,41(1993),第338-350页·Zbl 0781.90036号
[41] D.Y.Orlova、N.Zimmerman、S.Meehan、C.Meehans、J.Waters、E.E.Ghosn、A.Filatenkov、G.A.Kolyagin、Y.Gernez、S.Tsuda、W.Moore、R.B.Moss、L.A.Herzenberg和G.Walther,《地球运动距离(EMD):比较细胞群中生物标记物表达水平的真正指标》,《公共科学图书馆·综合》,11(2016),e0151859。
[42] O.Pele和M.Werman,《快速而稳健的地球移动器距离》,载于《IEEE国际计算机视觉会议论文集》,IEEE,2009年,第460-467页。
[43] Y.Rubner、C.Tomasi和L.J.Guibas,图像数据库应用的分布度量,《IEEE计算机视觉国际会议论文集》,IEEE,1998年,第59-66页。
[44] Y.Rubner、C.Tomasi和L.J.Guibas,《推土机距离作为图像检索的度量标准》,国际计算机杂志。视觉。,40(2000年),第99-121页·Zbl 1012.68705号
[45] F.Santambrogio,《应用数学家的最佳交通》,伯卡用户,纽约,2015年,第99-102页·Zbl 1401.49002号
[46] B.Schmitzer,熵正则传输问题的稳定稀疏缩放算法,SIAM J.Sci。计算。,41(2019年),第A1443-A1481页·Zbl 1422.49034号
[47] J.Schrieber、D.Schuhmacher和C.Gottschlich,DOTmark-离散最优传输基准,IEEE Access,5(2017),第271-282页。
[48] A.Schrijver,《运输史和最大流量问题》,数学。程序。,91(2002),第437-445页·兹比尔1030.90002
[49] J.Solomon,离散域上的最优传输,AMS离散微分几何短期课程,2018年。
[50] J.Solomon、F.De Goes、G.Peyreí、M.Cuturi、A.Butscher、A.Nguyen、T.Du和L.Guibas,卷积Wasserstein距离:几何域上的有效最优运输,ACM Trans。图表。,34(2015),第66页·Zbl 1334.68267号
[51] J.Solomon、R.Rustamov、L.Guibas和A.Butscher,《离散曲面上的推土机距离》,ACM Trans。图表。,33(2014),第1-12页·Zbl 1396.65063号
[52] J.Solomon、R.Rustamov、L.Guibas和A.Butscher,《Wasserstein半监督学习传播》,《机器学习国际会议论文集》,2014年,第306-314页。
[53] M.Sommerfeld和A.Munk,有限空间上经验Wasserstein距离的推断,J.R.Stat.Soc.Ser。B.统计方法。,80(2018),第219-238页·Zbl 1380.62121号
[54] H.Steinhaus、Sur un theφorème de M.V.Jarniφk、Colloq.Math.、。,1(1947年),第1-5页·Zbl 0037.31602号
[55] H.Tuy,S.Ghannadan,A.Migdalas,and P.Vaörbrand,一个求解具有固定数量非线性变量的凹生产运输问题的强多项式算法,数学。程序。,72(1996),第229-258页·Zbl 0853.90116号
[56] A.M.Vershik,《蒙格·坎托罗维奇运输问题的长期历史》,《数学》。Intelligencer,35(2013),第1-9页·Zbl 1284.01041号
[57] C.Villani,《最佳交通:新旧》,Springer Science&Business Media,纽约,2008年·Zbl 1156.53003号
[58] D.Zagier,关于低于给定界限的Markoff数,数学。公司。,39(1982),第709-723页·Zbl 050110015号
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