We consider learning in an adversarial environment, where an $\varepsilon$-fraction of samples from a distribution $P$ are arbitrarily modified (*global* corruptions) and the remaining perturbations have average magnitude bounded by $\rho$ (*local* corruptions). Given access to $n$ such corrupted samples, we seek a computationally efficient estimator $\hat{P}_n$ that minimizes the Wasserstein distance $\mathsf{W}_1(\hat{P}_n,P)$. In fact, we attack the fine-grained task of minimizing $\mathsf{W}_1(\Pi_\# \hat{P}_n, \Pi_\# P)$ for all orthogonal projections $\Pi \in \mathbb{R}^{d \times d}$, with performance scaling with $\mathrm{rank}(\Pi) = k$. This allows us to account simultaneously for mean estimation ($k=1$), distribution estimation ($k=d$), as well as the settings interpolating between these two extremes. We characterize the optimal population-limit risk for this task and then develop an efficient finite-sample algorithm with error bounded by $\sqrt{\varepsilon k} + \rho + d^{O(1)}\tilde{O}(n^{-1/k})$ when $P$ has bounded moments of order $2+\delta$, for constant $\delta > 0$. For data distributions with bounded covariance, our finite-sample bounds match the minimax population-level optimum for large sample sizes. Our efficient procedure relies on a novel trace norm approximation of an ideal yet intractable 2-Wasserstein projection estimator. We apply this algorithm to robust stochastic optimization, and, in the process, uncover a new method for overcoming the curse of dimensionality in Wasserstein distributionally robust optimization.


翻译:我们考虑在对抗性环境中进行学习,其中来自分布$P$的样本中有$\varepsilon$比例被任意修改(*全局*扰动),而其余扰动的平均幅度以$\rho$为界(*局部*扰动)。给定$n$个此类扰动样本的访问权限,我们寻求一种计算高效的估计器$\hat{P}_n$,以最小化Wasserstein距离$\mathsf{W}_1(\hat{P}_n,P)$。实际上,我们致力于实现更细粒度的目标:对于所有正交投影$\Pi \in \mathbb{R}^{d \times d}$,最小化$\mathsf{W}_1(\Pi_\# \hat{P}_n, \Pi_\# P)$,且其性能随$\mathrm{rank}(\Pi) = k$缩放。这使得我们能够同时处理均值估计($k=1$)、分布估计($k=d$)以及介于这两种极端情况之间的设定。我们刻画了该任务在总体极限下的最优风险,随后针对具有$2+\delta$阶有界矩(常数$\delta > 0$)的分布$P$,提出了一种高效的有限样本算法,其误差上界为$\sqrt{\varepsilon k} + \rho + d^{O(1)}\tilde{O}(n^{-1/k})$。对于具有有界协方差的数据分布,当样本量较大时,我们的有限样本界与极小极大总体最优值相匹配。我们的高效算法依赖于对理想但难以计算的2-Wasserstein投影估计器的一种新颖的迹范数近似。我们将此算法应用于鲁棒随机优化,并在此过程中发现了一种克服Wasserstein分布鲁棒优化中维度灾难的新方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
VIP会员
最新内容
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
2+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
4+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
3+阅读 · 6月23日
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员