Given two probability densities on related data spaces, we seek a map pushing one density to the other while satisfying application-dependent constraints. For maps to have utility in a broad application space (including domain translation, domain adaptation, and generative modeling), the map must be available to apply on out-of-sample data points and should correspond to a probabilistic model over the two spaces. Unfortunately, existing approaches, which are primarily based on optimal transport, do not address these needs. In this paper, we introduce a novel pushforward map learning algorithm that utilizes normalizing flows to parameterize the map. We first re-formulate the classical optimal transport problem to be map-focused and propose a learning algorithm to select from all possible maps under the constraint that the map minimizes a probability distance and application-specific regularizers; thus, our method can be seen as solving a modified optimal transport problem. Once the map is learned, it can be used to map samples from a source domain to a target domain. In addition, because the map is parameterized as a composition of normalizing flows, it models the empirical distributions over the two data spaces and allows both sampling and likelihood evaluation for both data sets. We compare our method (parOT) to related optimal transport approaches in the context of domain adaptation and domain translation on benchmark data sets. Finally, to illustrate the impact of our work on applied problems, we apply parOT to a real scientific application: spectral calibration for high-dimensional measurements from two vastly different environments


翻译:摘要:给定两个相关数据空间的概率密度,我们寻求一种映射将一个密度推向另一个密度,同时满足应用相关的约束条件。为了使映射在广泛应用空间(包括领域转换、领域适应和生成建模)中具有实用性,映射必须可用于对样本外数据点进行应用,并且应对两个空间上的概率模型进行建模。不幸的是,现有的方法主要基于最优输运,无法满足这些需求。在本文中,我们介绍了一种利用归一化流来参数化映射的新型映射学习算法。首先重新构建经典最优输运问题,使其聚焦于映射,并提出一种学习算法,从所有可能映射中进行选取,其约束条件为映射最小化概率距离和应用相关的正则化项;因此,我们的方法可以被视为解决了经过修改的最优输运问题。一旦学习到映射,它就可以用于将源领域的样本映射到目标领域。此外,由于映射被参数化为一系列归一化流的组合,它对两个数据空间上的经验分布进行了建模,从而允许对两个数据集进行采样和似然度评估。我们将我们的方法(parOT)与相关的最优输运方法在基准数据集上进行了领域适应和领域转换方面的比较。最后,为了说明我们的工作对应用问题的影响,我们将parOT应用于实际的科学应用:两个大不相同环境下的高维测量的光谱校准中。

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