This paper considers the problem of measure estimation under the barycentric coding model (BCM), in which an unknown measure is assumed to belong to the set of Wasserstein-2 barycenters of a finite set of known measures. Estimating a measure under this model is equivalent to estimating the unknown barycenteric coordinates. We provide novel geometrical, statistical, and computational insights for measure estimation under the BCM, consisting of three main results. Our first main result leverages the Riemannian geometry of Wasserstein-2 space to provide a procedure for recovering the barycentric coordinates as the solution to a quadratic optimization problem assuming access to the true reference measures. The essential geometric insight is that the parameters of this quadratic problem are determined by inner products between the optimal displacement maps from the given measure to the reference measures defining the BCM. Our second main result then establishes an algorithm for solving for the coordinates in the BCM when all the measures are observed empirically via i.i.d. samples. We prove precise rates of convergence for this algorithm -- determined by the smoothness of the underlying measures and their dimensionality -- thereby guaranteeing its statistical consistency. Finally, we demonstrate the utility of the BCM and associated estimation procedures in three application areas: (i) covariance estimation for Gaussian measures; (ii) image processing; and (iii) natural language processing.


翻译:本文件审议了在巴氏中心编码模型(BCM)下进行测量估计的问题,在这一模型中,假定一项未知的措施属于一组瓦塞斯坦-2号中继器的一套有限已知措施。根据这一模型估计一项措施相当于估计未知的中枢坐标。我们为在BCM下进行测量估计提供了新的几何、统计和计算见解,其中包括三个主要结果。我们的第一个主要结果利用瓦塞斯坦-2号空间的里伊曼尼亚几何测量法,以提供一种程序,在假定能够使用真正参考措施的情况下,恢复作为二次优化问题解决办法的巴勒曼坐标。基本的几何洞察力是,这种二次测距问题的参数是由内部产品决定的,从给定的测量尺度到界定BCMC的参考尺度。我们的第二个主要结果随后确定了在通过i.d.样本观察所有措施时,在以实证方式观察到的坐标。我们证明这一算法的精确趋同率 -- 由基本措施的平稳及其深度处理方法确定,从而保证其自然维度评估的准确性(B) 最后,显示其统计一致性。

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