We consider two robust versions of optimal transport, named $\textit{Robust Semi-constrained Optimal Transport}$ (RSOT) and $\textit{Robust Unconstrained Optimal Transport}$ (ROT), formulated by relaxing the marginal constraints with Kullback-Leibler divergence. For both problems in the discrete settings, we propose Sinkhorn-based algorithms that produce $\varepsilon$-approximations of RSOT and ROT in $\widetilde{\mathcal{O}}(\frac{n^2}{\varepsilon})$ time, where $n$ is the number of supports of the probability distributions. Furthermore, to reduce the dependency of the complexity of the Sinkhorn-based algorithms on $n$, we apply Nystr\"{o}m method to approximate the kernel matrix in both RSOT and ROT by a matrix of rank $r$ before passing it to these Sinkhorn-based algorithms. We demonstrate that these new algorithms have $\widetilde{\mathcal{O}}(n r^2 + \frac{nr}{\varepsilon})$ runtime to obtain the RSOT and ROT $\varepsilon$-approximations. Finally, we consider a barycenter problem based on RSOT, named $\textit{Robust Semi-Constrained Barycenter}$ problem (RSBP), and develop a robust iterative Bregman projection algorithm, called $\textbf{Normalized-RobustIBP}$ algorithm, to solve the RSBP in the discrete settings of probability distributions. We show that an $\varepsilon$-approximated solution of the RSBP can be achieved in $\widetilde{\mathcal{O}}(\frac{mn^2}{\varepsilon})$ time using $\textbf{Normalized-RobustIBP}$ algorithm when $m = 2$, which is better than the previous complexity $\widetilde{\mathcal{O}}(\frac{mn^2}{\varepsilon^2})$ of IBP algorithm for approximating the Wasserstein barycenter. Extensive experiments confirm our theoretical results.


翻译:我们考虑两种强健的最佳运输方式, 名为 $\ textit{ Robsit {Robt {Robt} 半限制 最佳运输} $ (RSOT) 和 $\ textit{ Robt 最佳运输} 美元(ROT), 这是通过 Kullback- Lebter 差异来放松边际限制。 对于离散环境中的两个问题, 我们提议基于 Sinkhorn 的算法, 以美元制成 RSOT 和 ROT, 以美元制成, 以美元制成的运价{O} (\\\\ xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

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