The construction of machine learning models involves many bi-level multi-objective optimization problems (BL-MOPs), where upper level (UL) candidate solutions must be evaluated via training weights of a model in the lower level (LL). Due to the Pareto optimality of sub-problems and the complex dependency across UL solutions and LL weights, an UL solution is feasible if and only if the LL weight is Pareto optimal. It is computationally expensive to determine which LL Pareto weight in the LL Pareto weight set is the most appropriate for each UL solution. This paper proposes a bi-level multi-objective learning framework (BLMOL), coupling the above decision-making process with the optimization process of the UL-MOP by introducing LL preference $r$. Specifically, the UL variable and $r$ are simultaneously searched to minimize multiple UL objectives by evolutionary multi-objective algorithms. The LL weight with respect to $r$ is trained to minimize multiple LL objectives via gradient-based preference multi-objective algorithms. In addition, the preference surrogate model is constructed to replace the expensive evaluation process of the UL-MOP. We consider a novel case study on multi-task graph neural topology search. It aims to find a set of Pareto topologies and their Pareto weights, representing different trade-offs across tasks at UL and LL, respectively. The found graph neural network is employed to solve multiple tasks simultaneously, including graph classification, node classification, and link prediction. Experimental results demonstrate that BLMOL can outperform some state-of-the-art algorithms and generate well-representative UL solutions and LL weights.


翻译:机器学习模型的构建涉及许多双级多目标优化问题(BL-MOPs),高级候选人解决方案必须通过较低级别(LL)模型的培训权重来评估。由于次级问题的最佳性以及UL解决方案和LL权重的复杂依赖性,只有在LL重量为Pareto最佳时,才会采用UL解决方案。计算成本非常昂贵,以确定LLPareto重量组的LL Pareto重量组中,哪些LL Pareto重量组是最适合每个UL的。本文提议了一个双级多目标学习框架(BLMOL),将上述决策过程与UL-MO的优化进程相结合,引入LLL优惠。具体地说,UL变量和美元同时被搜索,以通过渐进式多目标算法将多个ULL目标最小化。对美元的LL比重组进行了培训,以通过基于梯度的Laleal-ligaloral 级计算法数组来将多个LLL值目标最小化。此外,在Serggate 模型上构建了一个双级的解决方案模型,以取代UL-L-Lral-aldealdealalal-alalalde commaxal-al-al-al-alal-al-al-al-alalal-al-al-al-al-al-Imax 工作,分别是用来进行一个成本的搜索-sal-al-s 。我们找到一个高的搜索的搜索到一个高的搜索-alxxxxxxxxxxxx 。我们找到了一个高的搜索-sxxxxxxxx 。我们找到了的搜索-sxxxxxxxxxxxx 。我们找到了的搜索-al-al-al-al-sal-s-s-s-sal-sal-al-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-sal-al-s-al-sal-al-al-s-al-s-s-s-sal-al-s-sal-al-sal-sal-al-al-al-al-al-sal-sal-Ial-

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