Максимизация неизвестной шумной функции


10

Я заинтересован в максимизации функции , где .θ ∈ R pf(θ)θ∈Rp

Проблема в том, что я не знаю аналитической формы функции или ее производных. Единственное, что я могу сделать, это оценить функцию по точкам, подключив значение и получить оценку NOISY в этой точке. Если я хочу, я могу уменьшить изменчивость этих оценок, но я должен заплатить увеличивающиеся вычислительные затраты. * F ( θ * )θ∗f^(θ∗)

Вот что я пробовал до сих пор:

  • Стохастический крутой спуск с конечными различиями: он может работать, но требует большой настройки (например, последовательность усиления, коэффициент масштабирования) и часто очень нестабилен.

  • Имитация отжига: он работает и надежен, но требует много функциональных оценок, поэтому я нашел его довольно медленным.

Поэтому я прошу предложения / идеи о возможном альтернативном методе оптимизации, который может работать в этих условиях. Я держу проблему как можно более общей, чтобы поощрять предложения из областей исследований, отличных от моей. Я должен добавить, что я был бы очень заинтересован в методе, который мог бы дать мне оценку гессиана при сходимости. Это потому, что я могу использовать его для оценки неопределенности параметров . В противном случае мне придется использовать конечные различия вокруг максимума, чтобы получить оценку.θ


Если вы не можете сказать что-то более конкретное о шуме, связанном с выходом вашей функции, я не уверен, что что-то более сложное, чем имитация отжига (вам даже придется в некоторой степени настроить это), поможет.
— Арон Ахмадиа

К сожалению, я не знаю много о случайном шуме, связанном с каждой оценкой функции. Его распространение неизвестно, и это может быть функцией . С другой стороны, шумы, которые влияют на последующие оценки функций, являются независимыми. Очевидно, я предполагаю, что дисперсия шума не огромна, иначе максимизация была бы невозможна. θ
— Jugurtha

С другой стороны, предположим, что я что-то знаю о распределении шума, например, что . Помогут ли мне эти знания? f^(θ∗)∼N(f(θ∗),σ)
— Jugurtha

Похоже, я исправлен проф. Неймайером :)
— Арон Ахмадиа

Физики здесь, я использовал CMA-ES для оптического формирования фазы (оптимизируя фазу лазерного импульса через формирователь импульсов), что довольно шумно.
— tillsten

Ответы:


7

Наш пакет Matlab SnobFit был создан именно для этой цели. Никаких предположений о распределении шума не требуется. Более того, значения функций могут быть переданы через текстовые файлы, поэтому вы можете применять их к функциям, реализованным в любой системе, способной записывать текстовый файл. См.
Http://www.mat.univie.ac.at/~neum/software/snobfit/

SnobFit был разработан для приложения, в котором функция, которую нужно оптимизировать, даже не существовала, а функциональные значения (мера качества изготовления) были получены на специализированном дорогостоящем оборудовании, создавая образцы продукции и измеряя их вручную, в результате чего было получено около 50 функций. оценки за день.


Большое спасибо за ваш ответ. Я начал читать вашу статью о пакете SnobFit, и я нахожу это действительно интересным. Также, читая введение к вашей статье, я понял, что проблема, с которой я сталкиваюсь (в статистическом контексте), довольно часто встречается в промышленной математике. Существует обширная литература, о которой я совершенно не знал. На самом деле подход, над которым я работал, чем-то похож на квадратичное приближение Пауэлла (2002).
— Jugurtha

Работает ли снобфит с 128 степенями свободы? Просто чтобы знать, стоит попробовать в моем случае.
— tillsten

@tillsten: Никакие методы для шумной задачи не работают хорошо с 128 степенями свободы, если вы не можете тратить огромное количество значений функций. Вы можете попробовать наш VXQR1, который предназначен для не шумных проблем, но иногда хорошо справляется с шумными проблемами.
— Арнольд Ноймайер

Предел для Snobfit составляет около 20 переменных. если у вас есть больше, вам нужно выбрать по здравому смыслу группы из 20 переменных, которые вы частично оптимизируете по очереди. Или вы можете разрешить скольжение некоторых переменных одновременно, чтобы уменьшить размер.
— Арнольд Ноймайер

7

Есть несколько методов байесовской оптимизации , которые вы можете попробовать. Самые простые основаны на гауссовском процессе:

  • Гарольд Дж. Кушнер. Новый метод определения местоположения максимума произвольной многопиковой кривой при наличии шума. Журнал базовой инженерии, стр. 86: 97–106, март 1964 г.
  • J. Mockus. Байесовский подход к глобальной оптимизации. Конспект лекций в области управления и информатики, 38: 473–481, 1982.
  • Ниранджан Шринивас, Андреас Краузе, Шам Какаде и Матиас Сигер. Оптимизация гауссовского процесса в бандитской обстановке: без сожаления и экспериментального дизайна. В учеб. Международная конференция по машинному обучению (ICML), 2010.
  • Андреас Краузе, Аджит Сингх и Карлос Гестрин. Почти оптимальное размещение сенсоров в гауссовских процессах: теория, эффективные алгоритмы и эмпирические исследования. J. Mach. Учить. Res., 9: 235–284, июнь 2008 г.

Они работают, формируя апостериорные над правдоподобными функциями, пока дают наблюдения и предлагают следующий пункт, чтобы быстро изучить функцию, а также найти глобальные максимумы (см. Мой пост в блоге ).

Еще одним преимуществом является то, что вы можете оценить гессиан в максимумах. Однако вам нужно указать модель шума.


4

Алгоритм SPSA Джеймса Сполла (сокращенно, если я правильно помню, имитирует стохастическое возмущение, имитирующее возмущение) был разработан именно для такой задачи. У него есть пара статей, в которых он использует их для задач, подобных той, которую вы описываете.


Я попробовал подход Спалла, основанный на стохастической версии наискорейшего спуска и Рафсона Ньютона. Я попробовал имитацию отжига, но не версию, предложенную Spall, я должен попробовать. Я не особо увлечен имитационным отжигом, потому что не могу получить оценку гессиана при сходимости (хотя, например, с помощью стохастического Рафсона Ньютона я могу получить приближение к гессиану «бесплатно»).
— Jugurtha
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.