High-fidelity complex engineering simulations are highly predictive, but also computationally expensive and often require substantial computational efforts. The mitigation of computational burden is usually enabled through parallelism in high-performance cluster (HPC) architecture. In this paper, an asynchronous constrained batch-parallel Bayesian optimization method is proposed to efficiently solve the computationally-expensive simulation-based optimization problems on the HPC platform, with a budgeted computational resource, where the maximum number of simulations is a constant. The advantages of this method are three-fold. First, the efficiency of the Bayesian optimization is improved, where multiple input locations are evaluated massively parallel in an asynchronous manner to accelerate the optimization convergence with respect to physical runtime. This efficiency feature is further improved so that when each of the inputs is finished, another input is queried without waiting for the whole batch to complete. Second, the method can handle both known and unknown constraints. Third, the proposed method considers several acquisition functions at the same time and sample based on an evolving probability mass distribution function using a modified GP-Hedge scheme, where parameters are corresponding to the performance of each acquisition function. The proposed framework is termed aphBO-2GP-3B, which corresponds to asynchronous parallel hedge Bayesian optimization with two Gaussian processes and three batches. The aphBO-2GP-3B framework is demonstrated using two high-fidelity expensive industrial applications, where the first one is based on finite element analysis (FEA) and the second one is based on computational fluid dynamics (CFD) simulations.


翻译:高纤维复杂工程模拟高度预测性,但计算成本昂贵,往往需要大量的计算努力。首先,通过高性能组群(HPC)结构的平行性,通常能够减轻计算负担。在本文中,建议采用非同步的、受限制的批量平行巴耶西亚优化方法,以高效解决高频点平台上基于计算成本模拟优化的问题,而预算的计算资源是不变的。这一方法的优势是三倍。首先,Bayesian优化的效率得到了提高,对多个输入点进行了不同步的评估,以加速物理运行时间的优化趋同。在每次投入完成后,在不等待整个批量完成的情况下,将询问另一个输入。第二,该方法可以处理已知和未知的制约。第二,拟议方法根据不断演变的批量分配概率,利用经修改的GP-2-二度优化计划,对多个输入点进行大幅平行同步评估,其参数与每批次采购的双级B级级级级级(GO-三值框架对应)。

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