The dynamic formulation of optimal transport has attracted growing interests in scientific computing and machine learning, and its computation requires to solve a PDE-constrained optimization problem. The classical Eulerian discretization based approaches suffer from the curse of dimensionality, which arises from the approximation of high-dimensional velocity field. In this work, we propose a deep learning based method to solve the dynamic optimal transport in high dimensional space. Our method contains three main ingredients: a carefully designed representation of the velocity field, the discretization of the PDE constraint along the characteristics, and the computation of high dimensional integral by Monte Carlo method in each time step. Specifically, in the representation of the velocity field, we apply the classical nodal basis function in time and the deep neural networks in space domain with the H1-norm regularization. This technique promotes the regularity of the velocity field in both time and space such that the discretization along the characteristic remains to be stable during the training process. Extensive numerical examples have been conducted to test the proposed method. Compared to other solvers of optimal transport, our method could give more accurate results in high dimensional cases and has very good scalability with respect to dimension. Finally, we extend our method to more complicated cases such as crowd motion problem.


翻译:最优化运输的动态配方在科学计算和机器学习方面引起了越来越多的兴趣,其计算要求解决受PDE限制的优化问题。古典的Eularian离散法受到由高维速度场近似产生的维度诅咒。在这项工作中,我们建议了一种深层次的基于学习的方法来解决高维空间的动态最佳运输。我们的方法包含三个主要要素:精心设计的速度场的表示,PDE限制与特性的分解,以及蒙特卡洛方法在每一个时间步骤中计算高维集成。具体地说,在速度场的表述中,我们应用古典的节点功能,以及空间域的深神经网络,同时对H1-调进行正规化。这一技术促进了速度场在高维和空间的规律性,使与特性的离散状态在培训过程中保持稳定。已经进行了广泛的数字示例,以测试拟议的方法。与其他最佳运输的解决方案相比,我们的方法可以在高维度案例中产生更准确的结果,在高维度情况下,我们的方法具有非常复杂的比例性。

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