Recently, several Bayesian optimization (BO) methods have been extended to the expensive black-box optimization problem with unknown constraints, which is an important problem that appears frequently in practice. We focus on an information-theoretic approach called Max-value Entropy Search (MES) whose superior performance has been repeatedly shown in BO literature. Since existing MES-based constrained BO is restricted to only one constraint, we first extend it to multiple constraints, but we found that this approach can cause negative approximate values for the mutual information, which can result in unreasonable decisions. In this paper, we employ a different approximation strategy that is based on a lower bound of the mutual information, and propose a novel constrained BO method called Constrained Max-value Entropy Search via Information lower BOund (CMES-IBO). Our approximate mutual information derived from the lower bound has a simple closed-form that is guaranteed to be nonnegative, and we show that irrational behavior caused by the negative value can be avoided. Furthermore, by using conditional mutual information, we extend our methods to the parallel setting in which multiple queries can be issued simultaneously. Finally, we demonstrate the effectiveness of our proposed methods by benchmark functions and real-world applications to materials science.


翻译:最近,巴伊西亚的几种优化方法(BO)已经扩大到昂贵的黑盒优化问题,而这种黑盒优化问题又不为人知,这是实践中经常出现的一个重要问题。我们侧重于一种称为最大值搜索(MES)的信息理论方法,在BO文献中反复展示其优异性表现。由于以MES为基础的现有受限制的BO,我们首先将其扩大到多种限制,但我们发现这一方法可能会为相互信息带来负面的近似值,这可能导致不合理的决定。在本文中,我们采用了一种不同的近似战略,其基础是相互信息的较低范围,并提出了一种新的受限制的BO方法,即“通过下层信息进行控制性最大值搜索(CMES-IBO) ” 。我们从下层链中获得的近似相互信息有一个简单的封闭式,保证不相矛盾性,我们发现负值造成的不合理行为是可以避免的。此外,通过使用有条件的相互信息,我们将我们的方法推广到平行的设置,可以同时发布多个查询。最后,我们通过基准函数和现实世界显示我们拟议方法的有效性。

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