This paper presents an Improved Bayesian Optimization (IBO) algorithm to solve complex high-dimensional epidemic models' optimal control solution. Evaluating the total objective function value for disease control models with hundreds of thousands of control time periods is a high computational cost. In this paper, we improve the conventional Bayesian Optimization (BO) approach from two parts. The existing BO methods optimize the minimizer step for once time during each acquisition function update process. To find a better solution for each acquisition function update, we do more local minimization steps to tune the algorithm. When the model is high dimensions, and the objective function is complicated, only some update iterations of the acquisition function may not find the global optimal solution. The IBO algorithm adds a series of Adam-based steps at the final stage of the algorithm to increase the solution's accuracy. Comparative simulation experiments using different kernel functions and acquisition functions have shown that the Improved Bayesian Optimization algorithm is effective and suitable for handing large-scale and complex epidemic models under study. The IBO algorithm is then compared with four other global optimization algorithms on three well-known synthetic test functions. The effectiveness and robustness of the IBO algorithm are also demonstrated through some simulation experiments to compare with the Particle Swarm Optimization algorithm and Random Search algorithm. With its reliable convergence behaviors and straightforward implementation, the IBO algorithm has a great potential to solve other complex optimal control problems with high dimensionality.


翻译:本文展示了改进巴伊西亚最佳化( IBO) 算法, 以解决复杂的高维流行病模型的最佳控制解决方案。 评价有数十万个控制时间段的疾病控制模型的总客观功能值是一个高计算成本。 在本文中, 我们从两个部分改进了传统的巴伊西亚最佳化( BO) 方法。 现有的BO 方法在每次获取功能更新过程中一次性优化最小化步骤。 为了为每个获取功能更新找到更好的解决方案, 我们做了更多的本地最小化步骤, 以调和算法。 当模型具有高维度, 且目标功能复杂时, 只有一些更新的获取功能的复制值可能找不到全球最佳的解决方案。 IBO 算法在算法的最后阶段增加了一系列基于亚当的步骤, 以提高解决方案的准确性。 使用不同内核功能和购置功能的比较性模拟实验显示, 改进巴伊亚亚亚斯最佳化算法对于正在研究的大规模和复杂流行模式是有效的。 然后, I 与另外四个全球最精确的系统化算法比较, 也展示了最可靠的系统化的系统化的系统化演算。

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