我们提出了高度可行的帕累托优化（HIPPO） - 批处理采集功能，可实现多目标贝叶斯优化方法有效利用并行处理资源。多目标贝叶斯优化（MOBO）是解决昂贵的黑盒问题的非常有效的工具。但是，大多数主板算法被设计为纯粹的顺序策略，而现有的批次方法对于除最小的批量尺寸以外的所有人都非常昂贵。我们表明，通过通过以相似的预测目标值进行惩罚评估来鼓励批处理多样性，Hippo可以便宜地建立大量的信息观点。我们广泛的实验验证表明，河马至少与现有替代方案一样有效，同时产生的计算开销较低，并易于扩展到比文献中目前支持的批次大小要高得多。此外，我们证明了河马在充满挑战的热交换器设计问题上的应用，这强调了我们高度可行的MOBO方法的现实效用。

许多现实世界的科学和工业应用都需要优化多个竞争的黑盒目标。当目标是昂贵的评估时，多目标贝叶斯优化（BO）是一种流行的方法，因为其样品效率很高。但是，即使有了最近的方法学进步，大多数现有的多目标BO方法在具有超过几十个参数的搜索空间上的表现较差，并且依赖于随着观测值数量进行立方体扩展的全局替代模型。在这项工作中，我们提出了Morbo，这是高维搜索空间上多目标BO的可扩展方法。 Morbo通过使用协调策略并行在设计空间的多个局部区域中执行BO来确定全球最佳解决方案。我们表明，Morbo在几种高维综合问题和现实世界应用中的样品效率中的最新效率显着提高，包括光学显示设计问题和146和222参数的车辆设计问题。在这些问题上，如果现有的BO算法无法扩展和表现良好，Morbo为从业者提供了刻度级别的效率，则在当前方法上可以提高样本效率。

在工程和科学的许多领域中，优化多个混合变量，昂贵的黑盒问题的多个非首选目标很重要。这些问题的昂贵，嘈杂，黑盒的性质使它们成为贝叶斯优化（BO）的理想候选者。然而，由于BO的基础平稳的高斯工艺替代模型，混合变量和多目标问题是一个挑战。当前的多目标BO算法无法处理可混合变量的问题。我们提出了MixMobo，这是第一个用于此类问题的混合变量，多目标贝叶斯优化框架。使用MixMobo，可以有效地找到用于多目标，混合变量设计空间的最佳帕累托叶，同时确保多样化的解决方案。该方法足够灵活地结合了不同的内核和采集功能，包括其他作者为混合变量或多目标问题开发的函数。我们还提出了Hedgemo，这是一种修改后的对冲策略，该策略使用采集功能的投资组合来解决多目标问题。我们提出了新的采集功能，SMC。我们的结果表明，MixMobo在合成问题上针对其他可混合变量算法表现良好。我们将MixMobo应用于架构材料的现实世界设计，并表明我们的最佳设计是经过实验制造和验证的，其应变能密度$ 10^4 $ $ 10^4 $ $倍。

Bayesian Optimization（BO）是全球优化的黑匣子客观功能的方法，这是昂贵的评估。 Bo Powered实验设计在材料科学，化学，实验物理，药物开发等方面发现了广泛的应用。这项工作旨在提请注意应用BO在设计实验中的益处，并提供博手册，涵盖方法和软件，为了方便任何想要申请或学习博的人。特别是，我们简要解释了BO技术，审查BO中的所有应用程序在添加剂制造中，比较和举例说明不同开放BO库的功能，解锁BO的新潜在应用，以外的数据（例如，优先输出）。本文针对读者，了解贝叶斯方法的一些理解，但不一定符合添加剂制造的知识;软件性能概述和实施说明是任何实验设计从业者的乐器。此外，我们在添加剂制造领域的审查突出了博的目前的知识和技术趋势。本文在线拥有补充材料。

贝叶斯优化已被证明是优化昂贵至尊评估系统的有效方法。然而，根据单一观察的成本，一个或多个目标的多维优化可能仍然是昂贵的。多保真优化通过包括多个更便宜的信息来源，例如数值模拟中的低分辨率近似来解决这个问题。用于多保真优化的采集功能通常基于勘探重算法，这些算法难以与多种目标的优化结合。在这里，我们认为预期的超越改善政策可以在许多情况下作为合适的替代品起作用。我们通过两步评估或在单个采集函数内纳入评估成本，额外的保真相关目标。这允许同时多目标和多保真优化，这允许以分数成本准确地建立帕累托集和前部。基准显示成本降低了一个数量级或更多的顺序。因此，我们的方法允许极其膨胀的黑盒功能进行静态优化。在现有的优化贝叶斯优化框架中实现了本方法简单且直接，可以立即扩展到批量优化。该技术还可用于组合不同的连续和/或离散保真度尺寸，这使得它们特别相关地与等离子体物理，流体动力学和许多科学计算分支中的模拟问题相关。

我们考虑使用昂贵的功能评估（也称为实验）的黑匣子多目标优化（MOO）的问题，其中目标是通过最小化实验的总资源成本来近似真正的帕累托解决方案。例如，在硬件设计优化中，我们需要使用昂贵的计算模拟找到权衡性能，能量和面积开销的设计。关键挑战是选择使用最小资源揭示高质量解决方案的实验顺序。在本文中，我们提出了一种基于输出空间熵（OSE）搜索原理来解决MOO问题的一般框架：选择最大化每单位资源成本的信息的实验，这是真正的帕累托前线所获得的信息。我们适当地实例化了OSE搜索的原理，以导出以下四个Moo问题设置的高效算法：1）最基本的EM单一保真设置，实验昂贵且准确; 2）处理EM黑匣子约束}在不执行实验的情况下无法进行评估; 3）离散的多保真设置，实验可以在消耗的资源量和评估准确度时变化; 4）EM连续保真设置，其中连续函数近似导致巨大的实验空间。不同综合和现实世界基准测试的实验表明，基于OSE搜索的算法在既有计算效率和MOO解决方案的准确性方面改进了最先进的方法。

贝叶斯优化（BO）被广泛用于优化随机黑匣子功能。尽管大多数BO方法都集中在优化条件期望上，但许多应用程序都需要规避风险的策略，并且需要考虑分配尾巴的替代标准。在本文中，我们提出了针对贝叶斯分位数和预期回归的新变异模型，这些模型非常适合异形的噪声设置。我们的模型分别由有条件分位数（或期望）的两个潜在高斯过程和不对称可能性函数的比例参数组成。此外，我们提出了基于最大值熵搜索和汤普森采样的两种BO策略，这些策略是针对此类型号量身定制的，可以容纳大量点。与现有的BO进行规避风险优化的方法相反，我们的策略可以直接针对分位数和预期进行优化，而无需复制观测值或假设噪声的参数形式。如实验部分所示，所提出的方法清楚地表现出异质的非高斯案例中的最新状态。

多目标优化问题的目标在现实世界中通常会看到不同的评估成本。现在，此类问题被称为异质目标（HE-MOPS）的多目标优化问题。然而，到目前为止，只有少数研究来解决HE-MOPS，其中大多数专注于一个快速目标和一个缓慢目标的双向目标问题。在这项工作中，我们旨在应对具有两个以上黑盒和异质目标的He-mops。为此，我们通过利用He-Mops中廉价且昂贵的目标的不同数据集来减轻因评估不同目标而导致的搜索偏见，从而减轻了廉价且昂贵的目标，从而为HE-MOPS开发了多目标贝叶斯进化优化方法。为了充分利用两个不同的培训数据集，一种对所有目标进行评估的解决方案，另一个与仅在快速目标上进行评估的解决方案，构建了两个单独的高斯过程模型。此外，提出了一种新的采集函数，以减轻对快速目标的搜索偏见，从而在收敛与多样性之间达到平衡。我们通过对广泛使用的多/多目标基准问题进行测试来证明该算法的有效性，这些问题被认为是异质昂贵的。

Bayesian Optimization is a useful tool for experiment design. Unfortunately, the classical, sequential setting of Bayesian Optimization does not translate well into laboratory experiments, for instance battery design, where measurements may come from different sources and their evaluations may require significant waiting times. Multi-fidelity Bayesian Optimization addresses the setting with measurements from different sources. Asynchronous batch Bayesian Optimization provides a framework to select new experiments before the results of the prior experiments are revealed. This paper proposes an algorithm combining multi-fidelity and asynchronous batch methods. We empirically study the algorithm behavior, and show it can outperform single-fidelity batch methods and multi-fidelity sequential methods. As an application, we consider designing electrode materials for optimal performance in pouch cells using experiments with coin cells to approximate battery performance.

由于其数据效率，贝叶斯优化已经出现在昂贵的黑盒优化的最前沿。近年来，关于新贝叶斯优化算法及其应用的发展的研究激增。因此，本文试图对贝叶斯优化的最新进展进行全面和更新的调查，并确定有趣的开放问题。我们将贝叶斯优化的现有工作分为九个主要群体，并根据所提出的算法的动机和重点。对于每个类别，我们介绍了替代模型的构建和采集功能的适应的主要进步。最后，我们讨论了开放的问题，并提出了有希望的未来研究方向，尤其是在分布式和联合优化系统中的异质性，隐私保护和公平性方面。

许多昂贵的黑匣子优化问题对其输入敏感。在这些问题中，定位一个良好的设计区域更有意义，而不是一个可能的脆弱的最佳设计。昂贵的黑盒功能可以有效地优化贝叶斯优化，在那里高斯过程是在昂贵的功能之前的流行选择。我们提出了一种利用贝叶斯优化的强大优化方法，找到一种设计空间区域，其中昂贵的功能的性能对输入相对不敏感，同时保持质量好。这是通过从正在建模昂贵的功能的高斯进程的实现来实现这一点，并评估每个实现的改进。这些改进的期望可以用进化算法廉价地优化，以确定评估昂贵功能的下一个位置。我们描述了一个有效的过程来定位最佳预期改进。我们凭经验展示了评估候选不确定区域的昂贵功能的昂贵功能，该模型最不确定，或随机地产生最佳收敛与利用方案相比。我们在两个，五个和十个维度中说明了我们的六个测试功能的方法，并证明它能够优于来自文献的两种最先进的方法。我们还展示了我们的方法在4和8维中展示了两个真实问题，这涉及训练机器人臂，将物体推到目标上。

黑匣子优化（BBO）具有广泛的应用，包括自动机器学习，工程，物理和实验设计。但是，在适用性，性能和效率方面，用户对用户将BBO方法应用于现有软件包的问题仍有挑战。在本文中，我们构建了OpenBox，开源和通用BBO服务，具有改进的可用性。OpenBox后面的模块化设计还有助于灵活的抽象和优化在其他现有系统中常见的基本BBO组件。OpenBox分布，容错和可扩展。为了提高效率，OpenBox进一步利用“算法不可知”并行化和转移学习。我们的实验结果表明，与现有系统相比，OpenBox的有效性和效率。

稀疏的高斯工艺是高通量贝叶斯优化（BO）循环的关键组成部分 - 越来越普遍的设置，评估预算大且高度平行。通过使用可用数据的代表性子集来构建近似后代，稀疏模型通过依靠一组较小的伪观察（即所谓的诱导点）代替完整的数据集来大大降低替代建模的计算成本。但是，当前设计诱导点的方法在BO循环中不合适，因为它们试图减少目标函数的全球不确定性。因此，牺牲了精确优化所需的有前途和数据密集区域的高保真模型，而是牺牲了计算资源，而是浪费在已经已知的亚地区的空间的建模区域上。受基于熵的BO方法的启发，我们提出了一种新颖的诱导点设计，该设计使用原则的信息理论标准选择诱导点。通过选择诱导点以最大程度地降低目标函数最大值的全局不确定性和不确定性，我们构建了能够支持高精度高通量BO的替代模型。

最近已经提出了许多用于对计算上昂贵问题进行多目标优化的方法。通常，每个目标的概率替代物是由初始数据集构建的。然后，替代物可用于在目标空间中为任何解决方案产生预测密度。使用预测密度，我们可以根据解决方案来计算预期的超量改进（EHVI）。使EHVI最大化，我们可以找到接下来可能会缴纳的最有希望的解决方案。有用于计算EHVI的封闭式表达式，并在多元预测密度上整合。但是，它们需要分区目标空间，对于三个以上的目标而言，这可能会非常昂贵。此外，对于预测密度依赖的问题，没有封闭形式的表达式，可以捕获目标之间的相关性。在这种情况下，使用蒙特卡洛近似值，这并不便宜。因此，仍然需要开发新的准确但便宜的近似方法。在这里，我们研究了使用高斯 - 温石正交近似EHVI的替代方法。我们表明，对于独立和相关的预测密度，对于一系列流行的测试问题，它可以是蒙特卡洛的准确替代品。

信息理论的贝叶斯优化技术因其非洋流品质而变得越来越流行，以优化昂贵的黑盒功能。熵搜索和预测性熵搜索都考虑了输入空间中最佳的熵，而最新的最大值熵搜索则考虑了输出空间中最佳值的熵。我们提出了联合熵搜索（JES），这是一种新的信息理论采集函数，它考虑了全新的数量，即输入和输出空间上关节最佳概率密度的熵。为了结合此信息，我们考虑从幻想的最佳输入/输出对条件下的熵减少。最终的方法主要依赖于标准的GP机械，并去除通常与信息理论方法相关的复杂近似值。凭借最少的计算开销，JES展示了卓越的决策，并在各种任务中提供了信息理论方法的最新性能。作为具有出色结果的轻重量方法，JES为贝叶斯优化提供了新的首选功能。

Cell-free multi-user multiple input multiple output networks are a promising alternative to classical cellular architectures, since they have the potential to provide uniform service quality and high resource utilisation over the entire coverage area of the network. To realise this potential, previous works have developed radio resource management mechanisms using various optimisation engines. In this work, we consider the problem of overall ergodic spectral efficiency maximisation in the context of uplink-downlink data power control in cell-free networks. To solve this problem in large networks, and to address convergence-time limitations, we apply scalable multi-objective Bayesian optimisation. Furthermore, we discuss how an intersection of multi-fidelity emulation and Bayesian optimisation can improve radio resource management in cell-free networks.

贝叶斯优化（BO）是解决昂贵优化问题的典型方法。在BO的每次迭代中，使用先前评估的解决方案训练了高斯工艺（GP）模型。然后，推荐下一个用于昂贵评估的候选解决方案，通过在训练有素的替代模型上最大化廉价评估的采集功能。采集函数在优化过程中起着至关重要的作用。但是，每个采集函数都有自己的优势和劣势，没有任何单一的获取功能能够一致地在各种问题上胜过其他功能。为了更好地利用不同采集功能的优势，我们为批处理提出了一种新方法。在每次迭代中，三个采集函数都是根据其当前和历史性能动态选择的，以形成多目标优化问题（MOP）。使用进化多目标算法来优化这种拖把，可以获得一组非主导的解决方案。为了选择批处理解决方案，我们根据它们在三个采集函数上的相对性能将这些非主导的解决方案对几层进行排名。经验结果表明，所提出的方法与有关不同问题的最新方法具有竞争力。

Bayesian optimization provides sample-efficient global optimization for a broad range of applications, including automatic machine learning, engineering, physics, and experimental design. We introduce BOTORCH, a modern programming framework for Bayesian optimization that combines Monte-Carlo (MC) acquisition functions, a novel sample average approximation optimization approach, autodifferentiation, and variance reduction techniques. BOTORCH's modular design facilitates flexible specification and optimization of probabilistic models written in PyTorch, simplifying implementation of new acquisition functions. Our approach is backed by novel theoretical convergence results and made practical by a distinctive algorithmic foundation that leverages fast predictive distributions, hardware acceleration, and deterministic optimization. We also propose a novel "one-shot" formulation of the Knowledge Gradient, enabled by a combination of our theoretical and software contributions. In experiments, we demonstrate the improved sample efficiency of BOTORCH relative to other popular libraries.34th Conference on Neural Information Processing Systems (NeurIPS 2020),

贝叶斯优化（BO）算法在涉及昂贵的黑盒功能的应用中表现出了显着的成功。传统上，BO被设置为一个顺序决策过程，该过程通过采集函数和先前的功能（例如高斯过程）来估计查询点的实用性。然而，最近，通过密度比率估计（BORE）对BO进行重新制定允许将采集函数重新诠释为概率二进制分类器，从而消除了对函数的显式先验和提高可伸缩性的需求。在本文中，我们介绍了对孔的遗憾和算法扩展的理论分析，并提高了不确定性估计。我们还表明，通过将问题重新提交为近似贝叶斯推断，可以自然地扩展到批处理优化设置。所得算法配备了理论性能保证，并在一系列实验中对其他批处理基本线进行了评估。

Surrogate algorithms such as Bayesian optimisation are especially designed for black-box optimisation problems with expensive objectives, such as hyperparameter tuning or simulation-based optimisation. In the literature, these algorithms are usually evaluated with synthetic benchmarks which are well established but have no expensive objective, and only on one or two real-life applications which vary wildly between papers. There is a clear lack of standardisation when it comes to benchmarking surrogate algorithms on real-life, expensive, black-box objective functions. This makes it very difficult to draw conclusions on the effect of algorithmic contributions and to give substantial advice on which method to use when. A new benchmark library, EXPObench, provides first steps towards such a standardisation. The library is used to provide an extensive comparison of six different surrogate algorithms on four expensive optimisation problems from different real-life applications. This has led to new insights regarding the relative importance of exploration, the evaluation time of the objective, and the used model. We also provide rules of thumb for which surrogate algorithm to use in which situation. A further contribution is that we make the algorithms and benchmark problem instances publicly available, contributing to more uniform analysis of surrogate algorithms. Most importantly, we include the performance of the six algorithms on all evaluated problem instances. This results in a unique new dataset that lowers the bar for researching new methods as the number of expensive evaluations required for comparison is significantly reduced.