The framework of optimal transport has been leveraged to extend the notion of rank to the multivariate setting while preserving desirable properties of the resulting goodness-of-fit (GoF) statistics. In particular, the rank energy (RE) and rank maximum mean discrepancy (RMMD) are distribution-free under the null, exhibit high power in statistical testing, and are robust to outliers. In this paper, we point to and alleviate some of the practical shortcomings of these proposed GoF statistics, namely their high computational cost, high statistical sample complexity, and lack of differentiability with respect to the data. We show that all these practically important issues are addressed by considering entropy-regularized optimal transport maps in place of the rank map, which we refer to as the soft rank. We consequently propose two new statistics, the soft rank energy (sRE) and soft rank maximum mean discrepancy (sRMMD), which exhibit several desirable properties. Given $n$ sample data points, we provide non-asymptotic convergence rates for the sample estimate of the entropic transport map to its population version that are essentially of the order $n^{-1/2}$ when the starting measure is subgaussian and the target measure has compact support. This result is novel compared to existing results which achieve a rate of $n^{-1}$ but crucially rely on both measures having compact support. We leverage this result to demonstrate fast convergence of sample sRE and sRMMD to their population version making them useful for high-dimensional GoF testing. Our statistics are differentiable and amenable to popular machine learning frameworks that rely on gradient methods. We leverage these properties towards showcasing the utility of the proposed statistics for generative modeling on two important problems: image generation and generating valid knockoffs for controlled feature selection.


翻译:优化运输框架已被利用,将排名概念扩大到多维值设置,同时保留由此产生的良好(GOF)统计数据的适当性能。特别是,排名能源(RE)和排名最高平均差异(RMMD)在无效状态下是无分配的,在统计测试中显示高功率,并且对外部值是强健的。在本文中,我们指出并减轻了这些拟议GOF统计数据的一些实际缺陷,即其计算成本高,统计抽样复杂程度高,数据缺乏可调合性。我们表明,所有这些实际重要的问题都通过考虑在排名地图上(我们称之为“软”的等级地图上,使用正正正统的通用的通用运输地图(RE)来解决。我们因此提出了两个新的统计数据,即软级能源(sRED)和软级最高平均平均值差异(sRMDD),这显示了一些可取的特性。鉴于美元抽样数据点,我们为其人口版的大众运输图的抽样估计提供了非令人厌恶的趋同性的趋同率率。我们为正等重要($-1/2} 正在研究最优化的精度最佳的版本,而我们为正在开始测试的快速测试结果。

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