Bayesian optimization provides an effective method to optimize expensive-to-evaluate black box functions. It has been widely applied to problems in many fields, including notably in computer science, e.g. in machine learning to optimize hyperparameters of neural networks, and in engineering, e.g. in fluid dynamics to optimize control strategies that maximize drag reduction. This paper empirically studies and compares the performance and the robustness of common Bayesian optimization algorithms on a range of synthetic test functions to provide general guidance on the design of Bayesian optimization algorithms for specific problems. It investigates the choice of acquisition function, the effect of different numbers of training samples, the exact and Monte Carlo based calculation of acquisition functions, and both single-point and multi-point optimization. The test functions considered cover a wide selection of challenges and therefore serve as an ideal test bed to understand the performance of Bayesian optimization to specific challenges, and in general. To illustrate how these findings can be used to inform a Bayesian optimization setup tailored to a specific problem, two simulations in the area of computational fluid dynamics are optimized, giving evidence that suitable solutions can be found in a small number of evaluations of the objective function for complex, real problems. The results of our investigation can similarly be applied to other areas, such as machine learning and physical experiments, where objective functions are expensive to evaluate and their mathematical expressions are unknown.


翻译:Bayesian优化为优化高成本到评估黑盒功能提供了有效方法,它广泛应用于许多领域的问题,特别是计算机科学领域的问题,例如机器学习优化神经网络超参数,以及工程领域的问题,例如流体动力优化优化优化控制战略以最大限度地减少阻力。本文对一系列合成测试功能的通用Bayesian优化算法的性能和稳健性进行了经验性研究,并进行了比较,为设计针对具体问题的Bayesian优化算法提供了一般指导。它调查了采购功能的选择、不同数量的培训样本的影响、基于获取功能的精确和蒙特卡洛计算以及单点和多点优化。所考虑的测试功能涵盖了广泛的挑战选择,因此作为了解Bayesian优化绩效与具体挑战的理想测试床位。为了说明如何利用这些结果为针对特定问题的Bayesian优化设置提供一般指导,对计算液流动态领域的两个模拟进行了优化,提供了证据,证明适当的解决方案对获取功能以及单点和多点优化。所考虑的单点和多点优化。所考虑的测试功能包括广泛选择挑战,从而了解对机器进行精确的物理评估,这些功能进行不为难得的数学评估。

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