Bayesian Optimization (BO) is a surrogate-based global optimization strategy that relies on a Gaussian Process regression (GPR) model to approximate the objective function and an acquisition function to suggest candidate points. It is well-known that BO does not scale well for high-dimensional problems because the GPR model requires substantially more data points to achieve sufficient accuracy and acquisition optimization becomes computationally expensive in high dimensions. Several recent works aim at addressing these issues, e.g., methods that implement online variable selection or conduct the search on a lower-dimensional sub-manifold of the original search space. Advancing our previous work of PCA-BO that learns a linear sub-manifold, this paper proposes a novel kernel PCA-assisted BO (KPCA-BO) algorithm, which embeds a non-linear sub-manifold in the search space and performs BO on this sub-manifold. Intuitively, constructing the GPR model on a lower-dimensional sub-manifold helps improve the modeling accuracy without requiring much more data from the objective function. Also, our approach defines the acquisition function on the lower-dimensional sub-manifold, making the acquisition optimization more manageable. We compare the performance of KPCA-BO to a vanilla BO and to PCA-BO on the multi-modal problems of the COCO/BBOB benchmark suite. Empirical results show that KPCA-BO outperforms BO in terms of convergence speed on most test problems, and this benefit becomes more significant when the dimensionality increases. For the 60D functions, KPCA-BO achieves better results than PCA-BO for many test cases. Compared to the vanilla BO, it efficiently reduces the CPU time required to train the GPR model and to optimize the acquisition function compared to the vanilla BO.


翻译:Bayesian Optimination (BO) 是一种基于代理的基于代理的基于Gausian 进程回归(GPR) 的全球优化战略,它依赖于一个Gausian 进程回归(GPR) 模型来估计目标函数和获取功能来建议候选点。众所周知,BO对于高层面的问题来说规模不大,因为GPR模型需要大量的数据点来达到足够的准确性,而获取优化则在高层面计算成本成本成本。最近一些旨在解决这些问题的工作,例如实施在线变量选择的方法,或者对原始搜索空间的较低维度次层进行搜索。推进我们先前的PCA-BO(GPR)工作,以了解一个线性分层分层的分层功能。本文提出了一个新的由CPA辅助的BO(KPC-BO) 核心算法,在搜索空间中嵌入一个非线性次层的分层分层分层分层,在高层次的GBOBO(BO) 上构建GPR 模型,在不要求更低层分层分层分层分层的分层的分层的分层数据,在比BAR/BO(BO/BO(BA/BO) 的分层的分层的分层计算中,在比级计算中要更好的分层(BO/BO/BOBO(BOBO) 更好的分层) 的分层的分层的分层运行的分层运行的分层计算中要要要要更好,在比比比更低。

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