Evaluating the performance of heuristic optimisation algorithms is essential to determine how well they perform under various conditions. Recently, the BIAS toolbox was introduced as a behaviour benchmark to detect structural bias (SB) in search algorithms. The toolbox can be used to identify biases in existing algorithms, as well as to test for bias in newly developed algorithms. In this article, we introduce a novel and explainable deep-learning expansion of the BIAS toolbox, called Deep-BIAS. Where the original toolbox uses 39 statistical tests and a Random Forest model to predict the existence and type of SB, the Deep-BIAS method uses a trained deep-learning model to immediately detect the strength and type of SB based on the raw performance distributions. Through a series of experiments with a variety of structurally biased scenarios, we demonstrate the effectiveness of Deep-BIAS. We also present the results of using the toolbox on 336 state-of-the-art optimisation algorithms, which showed the presence of various types of structural bias, particularly towards the centre of the objective space or exhibiting discretisation behaviour. The Deep-BIAS method outperforms the BIAS toolbox both in detecting bias and for classifying the type of SB. Furthermore, explanations can be derived using XAI techniques.


翻译:评估启发式优化算法的性能对于确定它们在各种条件下的表现有关键作用。最近,BIAS工具箱被引入作为行为基准,用于检测搜索算法中的结构性偏见(SB)。该工具箱可用于识别现有算法中的偏见,以及测试新开发的算法中的偏见。本文介绍了BIAS工具箱的一种新型和可解释的深度学习扩展,称为Deep-BIAS。原始工具箱使用39个统计测试和一个随机森林模型来预测SB的存在和类型,而Deep-BIAS方法使用经过训练的深度学习模型来根据原始性能分布立即检测SB的强度和类型。通过一系列包括各种结构性偏见场景的实验,我们展示了Deep-BIAS的有效性。我们还展示了使用工具箱对336种最先进的优化算法的结果,显示存在各种类型的结构性偏见,尤其是朝向目标空间中心或表现为离散化行为。Deep-BIAS方法在检测偏见和分类SB类型方面均优于BIAS工具箱。此外,可以使用XAI技术推导出解释。

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