Traditional black-box optimization methods are inefficient when dealing with multi-point measurement, i.e. when each query in the control domain requires a set of measurements in a secondary domain to calculate the objective. In particle accelerators, emittance tuning from quadrupole scans is an example of optimization with multi-point measurements. Although the emittance is a critical parameter for the performance of high-brightness machines, including X-ray lasers and linear colliders, comprehensive optimization is often limited by the time required for tuning. Here, we extend the recently-proposed Bayesian Algorithm Execution (BAX) to the task of optimization with multi-point measurements. BAX achieves sample-efficiency by selecting and modeling individual points in the joint control-measurement domain. We apply BAX to emittance minimization at the Linac Coherent Light Source (LCLS) and the Facility for Advanced Accelerator Experimental Tests II (FACET-II) particle accelerators. In an LCLS simulation environment, we show that BAX delivers a 20x increase in efficiency while also being more robust to noise compared to traditional optimization methods. Additionally, we ran BAX live at both LCLS and FACET-II, matching the hand-tuned emittance at FACET-II and achieving an optimal emittance that was 24% lower than that obtained by hand-tuning at LCLS. We anticipate that our approach can readily be adapted to other types of optimization problems involving multi-point measurements commonly found in scientific instruments.


翻译:传统的黑盒优化方法在处理多点测量时效率低下, 也就是说, 当控制域的每个查询都需要在第二域内进行一套测量来计算目标时, 传统的黑盒优化方法在处理多点测量时效率低下。 在粒子加速器中, 四极扫描的释放调试是使用多点测量优化的一个实例。 虽然释放是高亮机器性能的关键参数, 包括X射线激光器和线性对线性对焦机, 全面优化往往在调控所需的时间上受到限制 。 在此, 我们将最近推出的Bayesian Algoorithm 执行( BAX) 扩大到多点测量优化的任务 。 BAX通过在联合控制计量域中选择和建模单个点来实现样本效率。 尽管在Linac Coherent光源(LLLLLLS) 和高级加速实验测试二(FACET- II) 粒子再调控系统(FACET- II) 快速调控点的粒子加速器。 在 LASII 的模拟环境中, 我们显示BAX 最优化电子- 和最优化的双级对LSLAx 的比方法都更稳定, 和最优化的方法可以实现效率。

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