In many applications in statistics and machine learning, the availability of data samples from multiple possibly heterogeneous sources has become increasingly prevalent. On the other hand, in distributionally robust optimization, we seek data-driven decisions which perform well under the most adverse distribution from a nominal distribution constructed from data samples within a certain discrepancy of probability distributions. However, it remains unclear how to achieve such distributional robustness in model learning and estimation when data samples from multiple sources are available. In this work, we propose constructing the nominal distribution in optimal transport-based distributionally robust optimization problems through the notion of Wasserstein barycenter as an aggregation of data samples from multiple sources. Under specific choices of the loss function, the proposed formulation admits a tractable reformulation as a finite convex program, with powerful finite-sample and asymptotic guarantees. As an illustrative example, we demonstrate with the problem of distributionally robust sparse inverse covariance matrix estimation for zero-mean Gaussian random vectors that our proposed scheme outperforms other widely used estimators in both the low- and high-dimensional regimes.


翻译:在统计和机器学习的许多应用中,来自多种可能不同来源的数据样本的可得性越来越普遍。另一方面,在分布上稳健优化方面,我们寻求数据驱动决定,这些决定在最不利分布下表现良好,这些决定来自数据样本在概率分布上的某些差异中根据数据样本制作的名义分配,然而,当从多种来源获得数据样本时,如何在模型学习和估算中实现这种分配的稳健性。在这项工作中,我们提议通过将瓦瑟斯坦温热点作为多种来源的数据样本汇总的概念,在名义分配上构建基于最佳运输基于分布的稳健优化问题。在对损失功能的具体选择下,拟议配方允许将可拉动的重新配方作为有限的粘附剂程序,有强大的有限抽样和零度保证。举例来说,我们以零度高斯随机矢量的分布稳健和逆差矩阵估算问题为证明,我们拟议的计划比低度和高度系统中其他广泛使用的估量者要好。

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