論文の概要: Diverse Expected Improvement (DEI): Diverse Bayesian Optimization of Expensive Computer Simulators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.01196v1
• Date: Wed, 2 Oct 2024 02:59:42 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-04 22:40:58.357372
• Title: Diverse Expected Improvement (DEI): Diverse Bayesian Optimization of Expensive Computer Simulators
• Title（参考訳）: Diverse expected Improvement (DEI): 費用対効果型計算機シミュレータの逆ベイズ最適化
• Authors: John Joshua Miller, Simon Mak, Benny Sun, Sai Ranjeet Narayanan, Suo Yang, Zongxuan Sun, Kenneth S. Kim, Chol-Bum Mike Kweon,
• Abstract要約: そこで我々は,多種多様な ''$epsilon$-optimal''' ソリューションを探索する新しい Diverse expected Improvement (DEI) 法を提案する。 DeI はガウス過程シュロゲートモデルの下で閉形式獲得関数が得られることを示す。 数値実験の組において,既存手法よりもDeIの改善を実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.047741767160237
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The optimization of expensive black-box simulators arises in a myriad of modern scientific and engineering applications. Bayesian optimization provides an appealing solution, by leveraging a fitted surrogate model to guide the selection of subsequent simulator evaluations. In practice, however, the objective is often not to obtain a single good solution, but rather a ''basket'' of good solutions from which users can choose for downstream decision-making. This need arises in our motivating application for real-time control of internal combustion engines for flight propulsion, where a diverse set of control strategies is essential for stable flight control. There has been little work on this front for Bayesian optimization. We thus propose a new Diverse Expected Improvement (DEI) method that searches for diverse ''$\epsilon$-optimal'' solutions: locally-optimal solutions within a tolerance level $\epsilon > 0$ from a global optimum. We show that DEI yields a closed-form acquisition function under a Gaussian process surrogate model, which facilitates efficient sequential queries via automatic differentiation. This closed form further reveals a novel exploration-exploitation-diversity trade-off, which incorporates the desired diversity property within the well-known exploration-exploitation trade-off. We demonstrate the improvement of DEI over existing methods in a suite of numerical experiments, then explore the DEI in two applications on rover trajectory optimization and engine control for flight propulsion.
• Abstract（参考訳）: 高価なブラックボックスシミュレーターの最適化は、現代の科学や工学の応用の無数に存在する。 ベイズ最適化(Bayesian optimization)は、飽和代理モデルを利用して、その後のシミュレータ評価の選択を導出することにより、魅力的な解を提供する。 しかし、実際には、1つの良いソリューションを得るのではなく、ユーザーが下流の意思決定を選択できる優れたソリューションの「バスケット」を得るのが目的であることが多い。 このニーズは、安定した飛行制御に様々な制御戦略が不可欠である飛行推進用内燃機関のリアルタイム制御に、我々のモチベーション応用に現れます。 ベイジアン最適化のこの面での作業はほとんど行われていない。 そこで我々は,多種多様な ''$\epsilon$-optimal'' ソリューションを探索する新たな Diverse expecteded Improvement (DEI) 法を提案する。 本稿では,DIEがガウス過程サロゲートモデルの下でクローズドフォーム取得関数を出力し,自動微分による効率的なシーケンシャルクエリを容易にすることを示す。 この閉じた形態はさらに、探索・探索・多様性のトレードオフを新たに明らかにし、よく知られた探検・探索のトレードオフに望ましい多様性特性を取り入れている。 本研究では, 従来の手法よりも優れたDIEを数値実験で示し, ローバー軌道最適化とエンジン制御の2つの応用でDIEを探索する。

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