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Optimal transport part 1 - Theory

什么是最优传输理论?

最优传输理论(Optimal transport, OT)最早是Monge于1781年提出。假设有多个“土堆”及多个“坑”,OT要解决的问题是找到最优(代价最小)的运输方案将土堆用来填满每个这些坑。另一个应用场景是“土堆”对应货物仓库,“坑”对应不同的购物消费者。

最优传输理论

Figure from Optimal Transport for Domain Adaptation, 其中$\Omega_s$是起点质量空间, $\mu_s(\mathbf{x}^s)$ 是起点位置 $\mathbf{x}^s$ 的质量,$\mathbf{T}$是传输方案, $\mathbf{T}(\mathbf{x}^s)$是起点 $\mathbf{x}^s$ 经过传输 $\mathbf{T}$ 后的终点位置,$\mu_t(\mathbf{T}(\mathbf{x}^s))$是终点位置的质量。

OT是对不同概率分布之间“距离”的一种度量。距离函数的两个理想属性是对称性(symmetry)和三角不等式(triangle inequality)。不幸的是,概率分布之间的许多“距离”概念并不满足这些属性。这些较弱的距离概念通常称为"散度(divergence)"。比如最著名的Kullback-Liebler (KL) 散度:

犹如我们相见的KL散度也是一种描述概率分布之间相似性的一种度量。那为什么不用KL呢?主要是因为KL只能比较support相同的概率分布。什么是support呢?

http://alexhwilliams.info/itsneuronalblog/2020/10/09/optimal-transport/

sup是单词supremum的简写,意思是最小上界(上确界)。inf是单词infimum的简写,意思是最大下界(下确界)。

https://mathematical-coffees.github.io/slides/mc01-courty.pdf https://zhuanlan.zhihu.com/p/94978686

https://www.zhihu.com/question/55198447

https://www.jiqizhixin.com/articles/2018-10-04-3

https://www.jiqizhixin.com/articles/2018-10-04-3

https://mathematical-coffees.github.io/mc01-ot/

参考

  1. http://alexhwilliams.info/itsneuronalblog/2020/10/09/optimal-transport/
  2. https://medium.com/analytics-vidhya/introduction-to-optimal-transport-fd1816d51086

https://zhuanlan.zhihu.com/p/82424946

https://icerm.brown.edu/topical_workshops/tw-23-otds/

https://michielstock.github.io/posts/2017/2017-11-5-OptimalTransport/ https://dfdazac.github.io/sinkhorn.html

https://github.com/iamalexkorotin/NeuralOptimalTransport

https://zhuanlan.zhihu.com/p/573158960

https://www.kernel-operations.io/geomloss/_auto_examples/index.html

https://medium.com/intuitionmachine/optimal-transport-theory-the-new-math-for-deep-learning-2520395fc183

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