In automated machine learning, scientific discovery, and other applications of Bayesian optimization, deciding when to stop evaluating expensive black-box functions in a cost-aware manner is an important but underexplored practical consideration. A natural performance metric for this purpose is the cost-adjusted simple regret, which captures the trade-off between solution quality and cumulative evaluation cost. While several heuristic or adaptive stopping rules have been proposed, they lack guarantees ensuring stopping before incurring excessive function evaluation costs. We propose a principled cost-aware stopping rule for Bayesian optimization that adapts to varying evaluation costs without heuristic tuning. Our rule is grounded in a theoretical connection to state-of-the-art cost-aware acquisition functions, namely the Pandora's Box Gittins Index (PBGI) and log expected improvement per cost (LogEIPC). We prove a theoretical guarantee bounding the expected cost-adjusted simple regret incurred by our stopping rule when paired with either acquisition function. Across synthetic and empirical tasks, including hyperparameter optimization and neural architecture size search, pairing our stopping rule with PBGI or LogEIPC usually matches or outperforms other acquisition-function--stopping-rule pairs in terms of cost-adjusted simple regret.


翻译:在自动化机器学习、科学发现及其他贝叶斯优化应用场景中,如何以成本感知的方式决定何时停止评估昂贵的黑箱函数,是一个重要但尚未充分探索的实际问题。适用于此目的的自然性能度量是成本调整简单遗憾,该指标捕捉了求解质量与累计评估成本之间的权衡关系。尽管已有若干启发式或自适应停止规则被提出,但它们缺乏确保在产生过高函数评估成本前停止的理论保证。本文提出一种基于原理的成本感知贝叶斯优化停止规则,该规则能自适应变化的评估成本而无需启发式调参。我们的规则建立在与前沿成本感知采集函数(即潘多拉盒吉廷斯指数与对数期望改进单位成本)的理论关联基础上。我们证明了当该停止规则与任一种采集函数配对使用时,其产生的期望成本调整简单遗憾存在理论上界。在包括超参数优化和神经网络架构规模搜索在内的合成任务与实证任务中,将本停止规则与潘多拉盒吉廷斯指数或对数期望改进单位成本配对使用,在成本调整简单遗憾方面通常达到或优于其他采集函数-停止规则组合。

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