A new type of experiment that aims to determine the optimal quantities of a sequence of factors is eliciting considerable attention in medical science, bioengineering, and many other disciplines. Such studies require the simultaneous optimization of both quantities and the sequence orders of several components which are called quantitative-sequence (QS) factors. Given the large and semi-discrete solution spaces in such experiments, efficiently identifying optimal or near-optimal solutions by using a small number of experimental trials is a nontrivial task. To address this challenge, we propose a novel active learning approach, called QS-learning, to enable effective modeling and efficient optimization for experiments with QS factors. QS-learning consists of three parts: a novel mapping-based additive Gaussian process (MaGP) model, an efficient global optimization scheme (QS-EGO), and a new class of optimal designs (QS-design). The theoretical properties of the proposed method are investigated, and optimization techniques using analytical gradients are developed. The performance of the proposed method is demonstrated via a real drug experiment on lymphoma treatment and several simulation studies.


翻译:一种旨在确定一系列因素的最佳数量的新型实验正在医学、生物工程和许多其他学科引起相当重视。这类研究需要同时优化数量和若干组成部分的顺序,这些组成部分被称为定量序列(QS)因素。鉴于此类实验中存在大量半分解的解决方案空间,使用少量实验性试验有效确定最佳或近于最佳的解决方案是一项非技术性任务。为了应对这一挑战,我们提议了一种新的积极学习方法,称为QS学习,以便能够对QS因素的实验进行有效的建模和高效的优化。QS学习由三个部分组成:新的基于绘图的添加剂Gausian进程(MGP)模型、高效的全球优化计划(QS-EGO)和一个新的最佳设计类别(QS-design),对拟议方法的理论特性进行了调查,并开发了使用分析性梯度的优化技术。通过淋病治疗的实际药物试验和若干模拟研究,展示了拟议方法的绩效。

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