A fundamental task in science is to design experiments that yield valuable insights about the system under study. Mathematically, these insights can be represented as a utility or risk function that shapes the value of conducting each experiment. We present PDBAL, a targeted active learning method that adaptively designs experiments to maximize scientific utility. PDBAL takes a user-specified risk function and combines it with a probabilistic model of the experimental outcomes to choose designs that rapidly converge on a high-utility model. We prove theoretical bounds on the label complexity of PDBAL and provide fast closed-form solutions for designing experiments with common exponential family likelihoods. In simulation studies, PDBAL consistently outperforms standard untargeted approaches that focus on maximizing expected information gain over the design space. Finally, we demonstrate the scientific potential of PDBAL through a study on a large cancer drug screen dataset where PDBAL quickly recovers the most efficacious drugs with a small fraction of the total number of experiments.


翻译:科学的一项基本任务是设计能对所研究的系统产生宝贵洞察力的实验。从数学角度讲,这些洞察力可以作为一种影响每项实验价值的实用或风险功能来表现。我们介绍了PDBAL,这是一种有针对性的积极学习方法,通过适应性设计实验以最大限度地扩大科学效用。PDBAL使用一种用户指定的风险功能,并将它与实验结果的概率模型结合起来,以选择快速汇集在高功率模型上的设计。我们证明了PDBAL的标签复杂性理论界限,并为设计具有共同指数家庭可能性的实验提供了快速的封闭式解决方案。在模拟研究中,PDBAL一贯优于标准的非目标方法,侧重于尽量扩大设计空间的预期信息收益。最后,我们通过对大型癌症筛查数据集的研究来展示PDBAL的科学潜力,在这个模型中,PDBAL迅速回收最有效的药物,其总实验数量只有一小部分。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
70+阅读 · 2022年6月28日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年12月1日
Arxiv
14+阅读 · 2022年10月15日
Arxiv
19+阅读 · 2022年7月29日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26日
Arxiv
11+阅读 · 2018年7月8日
VIP会员
相关VIP内容
不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
70+阅读 · 2022年6月28日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
167+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
IEEE TII Call For Papers
CCF多媒体专委会
3+阅读 · 2022年3月24日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2022年12月1日
Arxiv
14+阅读 · 2022年10月15日
Arxiv
19+阅读 · 2022年7月29日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26日
Arxiv
11+阅读 · 2018年7月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员