Unbalanced Optimal Transport through Non-negative Penalized Linear Regression

Autor: Chapel, Laetitia, Flamary, Rémi, Wu, Haoran, Févotte, Cédric, Gasso, Gilles
Přispěvatelé: Université de Bretagne Sud (UBS), Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), Centre de Mathématiques Appliquées - Ecole Polytechnique (CMAP), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École polytechnique (X), Signal et Communications (IRIT-SC), Institut de recherche en informatique de Toulouse (IRIT), Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Toulouse Mind & Brain Institut (TMBI), Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse Capitole (UT Capitole), Université de Toulouse (UT), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU), Laboratoire d'Informatique, de Traitement de l'Information et des Systèmes (LITIS), Université Le Havre Normandie (ULH), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), ANR-17-CE23-0012,OATMIL,Apprentissage statistique avec transport optimal(2017), ANR-18-EURE-0006,E4C,Energy for Climate Interdisciplinary Instute(2018), ANR-19-P3IA-0002,3IA@cote d'azur,3IA Côte d'Azur(2019), ANR-19-P3IA-0004,ANITI,Artificial and Natural Intelligence Toulouse Institute(2019), European Project: CoG-6681839,ERC FACTORY, Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse - Jean Jaurès (UT2J)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse 1 Capitole (UT1), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Université Le Havre Normandie (ULH), Normandie Université (NU)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: IEEE Transactions on Signal Processing
Advances in Neural Information Processing Systems (NeurIPS)
Advances in Neural Information Processing Systems (NeurIPS), Dec 2021, Online, France
Advances in Neural Information Processing Systems (NeurIPS), Dec 2021, Virtual, Canada
ISSN: 1053-587X
Popis: This paper addresses the problem of Unbalanced Optimal Transport (UOT) in which the marginal conditions are relaxed (using weighted penalties in lieu of equality) and no additional regularization is enforced on the OT plan. In this context, we show that the corresponding optimization problem can be reformulated as a non-negative penalized linear regression problem. This reformulation allows us to propose novel algorithms inspired from inverse problems and nonnegative matrix factorization. In particular, we consider majorization-minimization which leads in our setting to efficient multiplicative updates for a variety of penalties. Furthermore, we derive for the first time an efficient algorithm to compute the regularization path of UOT with quadratic penalties. The proposed algorithm provides a continuity of piece-wise linear OT plans converging to the solution of balanced OT (corresponding to infinite penalty weights). We perform several numerical experiments on simulated and real data illustrating the new algorithms, and provide a detailed discussion about more sophisticated optimization tools that can further be used to solve OT problems thanks to our reformulation.
Laetitia Chapel and R\'emi Flamary have equal contribution
Databáze: OpenAIRE
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