Some real problems require the evaluation of expensive and noisy objective functions. Moreover, the analytical expression of these objective functions may be unknown. These functions are known as black-boxes, for example, estimating the generalization error of a machine learning algorithm and computing its prediction time in terms of its hyper-parameters. Multi-objective Bayesian optimization (MOBO) is a set of methods that has been successfully applied for the simultaneous optimization of black-boxes. Concretely, BO methods rely on a probabilistic model of the objective functions, typically a Gaussian process. This model generates a predictive distribution of the objectives. However, MOBO methods have problems when the number of objectives in a multi-objective optimization problem are 3 or more, which is the many objective setting. In particular, the BO process is more costly as more objectives are considered, computing the quality of the solution via the hyper-volume is also more costly and, most importantly, we have to evaluate every objective function, wasting expensive computational, economic or other resources. However, as more objectives are involved in the optimization problem, it is highly probable that some of them are redundant and not add information about the problem solution. A measure that represents how similar are GP predictive distributions is proposed. We also propose a many objective Bayesian optimization algorithm that uses this metric to determine whether two objectives are redundant. The algorithm stops evaluating one of them if the similarity is found, saving resources and not hurting the performance of the multi-objective BO algorithm. We show empirical evidence in a set of toy, synthetic, benchmark and real experiments that GPs predictive distributions of the effectiveness of the metric and the algorithm.


翻译:一些实际问题要求评估昂贵和吵闹的客观功能。 此外,这些客观功能的分析表达方式可能并不为人所知。 这些功能被称为黑箱,例如,估计机器学习算法的概括错误,用超参数计算预测时间。 多目标巴伊西亚优化(MOBO)是一套方法,已经成功地用于同时优化黑盒子。具体地说,BO的方法依赖于目标函数的概率模型,典型的是一个高斯进程。这个模型可以预测目标的分布。然而,当多目标优化问题的目标数目为3或3以上时,MOBO的方法就存在问题,这是许多目标设置的众多目标。特别是,BO进程成本更高,通过超数量计算解决方案的质量也更昂贵,而且最重要的是,我们必须评估每个客观功能,浪费昂贵的计算、经济或其他资源。然而,由于在优化问题中涉及到更多目标,因此很可能有些目标是多余的,而在多目标优化问题中,MOBO方法有问题,而多目标是3或3个以上,这是许多目标设置。 特别是,BO进程进程的过程在考虑更多目标中的成本分布上更昂贵,我们确定一个指标指标的预测标准,一个指标是用来衡量一个指标分配的尺度是相似的。

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