CCG 09-06:熵正则与 Sinkhorn

本页只解决一个问题

熵项怎样换来快速矩阵缩放,又引入哪些偏差和稳定性问题?

本页是原长篇讲义的单概念版本。第一次阅读只追踪本页定义的对象;看见未掌握的前置符号时,先沿链接退回,不要跳过定义硬背结论。

开始前

10. 熵正则与 Sinkhorn

对离散 OT 添加负熵正则:

min⁡P≥0⟨C,P⟩+ε∑ijPij(log⁡Pij−1)\min_{P\ge0} \langle C,P\rangle +\varepsilon\sum_{ij}P_{ij}(\log P_{ij}-1)

满足相同边缘约束。最优解具有形式

P=diag⁡(u)Kdiag⁡(v),Kij=e−Cij/ε.P=\operatorname{diag}(u)K\operatorname{diag}(v), \qquad K_{ij}=e^{-C_{ij}/\varepsilon}.

边缘约束给出交替缩放:

u←a/(Kv),u\leftarrow a/(Kv),

v←b/(KTu).v\leftarrow b/(K^Tu).

这就是 Sinkhorn 迭代。

10.1 偏差与稳定性

  • ε\varepsilon 大:更平滑、更快,但偏离原 OT;
  • ε\varepsilon 小:更接近 OT,但KK 下溢且迭代困难;
  • 实现应使用 log-domain stabilization;
  • regularized OT 有熵偏差,比较分布时可用 Sinkhorn divergence 消除自相似偏差。

读完必须能回答

  1. 不看公式,用自己的话回答开头的核心问题。
  2. 指出本页最重要公式中每个符号的类型:标量、向量、矩阵、映射还是集合。
  3. 找出定理成立所需的假设,并举一个删除某条假设后可能失败的例子。
  4. 对最小例子手算一遍;若本页含代码,再比较手算与程序输出。

前后课程

上一课:半离散输运与 power diagram | 下一课:曲面代价与共形坐标