Monitoring machine learning systems post deployment is critical to ensure the reliability of the systems. Particularly importance is the problem of monitoring the performance of machine learning systems across all the data subgroups (subpopulations). In practice, this process could be prohibitively expensive as the number of data subgroups grows exponentially with the number of input features, and the process of labelling data to evaluate each subgroup's performance is costly. In this paper, we propose an efficient framework for monitoring subgroup performance of machine learning systems. Specifically, we aim to find the data subgroup with the worst performance using a limited number of labeled data. We mathematically formulate this problem as an optimization problem with an expensive black-box objective function, and then suggest to use Bayesian optimization to solve this problem. Our experimental results on various real-world datasets and machine learning systems show that our proposed framework can retrieve the worst-performing data subgroup effectively and efficiently.

贝叶斯优化是黑匣子功能优化的流行框架。多重方法方法可以通过利用昂贵目标功能的低保真表示来加速贝叶斯优化。流行的多重贝叶斯策略依赖于采样政策，这些策略解释了在特定意见下评估目标函数的立即奖励，从而排除了更多的信息收益，这些收益可能会获得更多的步骤。本文提出了一个非侧重多倍数贝叶斯框架，以掌握优化的未来步骤的长期奖励。我们的计算策略具有两步的lookahead多因素采集函数，可最大程度地提高累积奖励，从而测量解决方案的改进，超过了前面的两个步骤。我们证明，所提出的算法在流行的基准优化问题上优于标准的多尺寸贝叶斯框架。

大多数机器学习算法由一个或多个超参数配置，必须仔细选择并且通常会影响性能。为避免耗时和不可递销的手动试验和错误过程来查找性能良好的超参数配置，可以采用各种自动超参数优化（HPO）方法，例如，基于监督机器学习的重新采样误差估计。本文介绍了HPO后，本文审查了重要的HPO方法，如网格或随机搜索，进化算法，贝叶斯优化，超带和赛车。它给出了关于进行HPO的重要选择的实用建议，包括HPO算法本身，性能评估，如何将HPO与ML管道，运行时改进和并行化结合起来。这项工作伴随着附录，其中包含关于R和Python的特定软件包的信息，以及用于特定学习算法的信息和推荐的超参数搜索空间。我们还提供笔记本电脑，这些笔记本展示了这项工作的概念作为补充文件。

尽管自动超参数优化（HPO）的所有好处，但大多数现代的HPO算法本身都是黑盒子。这使得很难理解导致所选配置，减少对HPO的信任，从而阻碍其广泛采用的决策过程。在这里，我们研究了HPO与可解释的机器学习（IML）方法（例如部分依赖图）的组合。但是，如果将这种方法天真地应用于HPO过程的实验数据，则优化器的潜在采样偏差会扭曲解释。我们提出了一种修改的HPO方法，该方法有效地平衡了对全局最佳W.R.T.的搜索。预测性能以及通过耦合贝叶斯优化和贝叶斯算法执行的基础黑框函数的IML解释的可靠估计。在神经网络的合成目标和HPO的基准情况下，我们证明我们的方法返回对基础黑盒的更可靠的解释，而不会损失优化性能。

贝叶斯优化（BO）与高斯工艺（GP）作为代理模型广泛用于优化分析且昂贵的函数。在本文中，我们提出了先前的卑鄙贝叶斯优化（Probo），以特定问题表达了古典博。首先，我们研究高斯过程的效果对古典博的收敛性的先前规范。我们发现前面的平均参数对所有先前组件之间的收敛具有最高影响。响应于此结果，我们将probo介绍为博的概括，其旨在使该方法更加强大地朝着先前的平均参数误操作。这是通过明确地通过先前的近无知模型进行GP来实现的实现。在核心的核心是一种新的采集功能，广义较低的置信度（GLCB）。我们在物质科学的真实问题上测试我们对古典博的方法，并观察Progo更快地收敛。关于多模式和WIGGLY目标功能的进一步实验证实了我们方法的优越性。

自动化封路计优化（HPO）已经获得了很大的普及，并且是大多数自动化机器学习框架的重要成分。然而，设计HPO算法的过程仍然是一个不系统和手动的过程：确定了现有工作的限制，提出的改进是 - 即使是专家知识的指导 - 仍然是一定任意的。这很少允许对哪些算法分量的驾驶性能进行全面了解，并且承载忽略良好算法设计选择的风险。我们提出了一个原理的方法来实现应用于多倍性HPO（MF-HPO）的自动基准驱动算法设计的原则方法：首先，我们正式化包括的MF-HPO候选的丰富空间，但不限于普通的HPO算法，然后呈现可配置的框架覆盖此空间。要自动和系统地查找最佳候选者，我们遵循通过优化方法，并通过贝叶斯优化搜索算法候选的空间。我们挑战是否必须通过执行消融分析来挑战所发现的设计选择或可以通过更加天真和更简单的设计。我们观察到使用相对简单的配置，在某些方式中比建立的方法更简单，只要某些关键配置参数具有正确的值，就可以很好地执行得很好。

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.

由于毫米波通信中使用的非常狭窄的光束（MMWave），光束对准（BA）是一个关键问题。在这项工作中，我们研究了MMWave BA的问题，并根据机器学习策略贝叶斯优化（BO）提出了一种新颖的光束对齐方案。在这种情况下，我们将光束对齐问题视为黑匣子功能，然后使用BO找到可能的最佳光束对。在BA过程中，该策略利用了测量光束对的信息来预测最佳的光束对。此外，我们建议一种基于梯度增强回归树模型的新型BO算法。仿真结果证明了使用三种不同的替代模型，我们提出的BA方案的光谱效率性能。他们还表明，与正交匹配追踪（OMP）算法和基于汤普森采样的多臂Bandit（TS-MAB）方法相比，所提出的方案可以用小型开销实现光谱效率。

我们考虑使用昂贵的黑盒功能评估优化组合空间（例如，序列，树木和图形）的问题。例如，使用物理实验室实验优化用于药物设计的分子。贝叶斯优化（BO）是一种有效的框架，可以通过智能地选择由学习的代理模型引导的高实用程序的输入来解决这些问题。最近用于组合空间的BO方法是通过使用深生成模型（DGMS）学习结构的潜在表示来减少到连续空间。从连续空间的所选输入被解码为用于执行功能评估的离散结构。然而，潜在空间上的代理模型仅使用DGM学习的信息，这可能不具有所需的感应偏压来近似于目标黑盒功能。为了克服这篇缺点，本文提出了一种原则方法，称为梯子。关键的想法是定义一种新颖的结构耦合内核，该内核明确地将结构信息与解码结构与学习的潜空间表示进行了解，以获得更好的代理建模。我们对现实世界基准测试的实验表明，梯子显着改善了纬度的潜伏空间方法，并表现出更好或更好地与最先进的方法。

由于其样本效率，贝叶斯优化（BO）已成为处理昂贵的黑匣子优化问题的流行方法，如Quand参数优化（HPO）。最近的实证实验表明，HPO问题的损失景观往往比以前假设的良好良好，即，在最佳的单模和凸起的情况下，如果它可以专注于那些有前途的当地地区，BO框架可能会更有效。在本文中，我们提出了船舶，这是一种双阶段方法，它针对中型配置空间量身定制，因为许多HPO问题中的一个遇到。在第一阶段，我们建立一个可扩展的全球代理模型，随机森林来描述整体景观结构。此外，我们通过上级树结构上的自下而上的方法选择有希望的次区域。在第二阶段，利用该子区域中的本地模型来建议接下来进行评估。实证实验表明，鲍威能够利用典型的HPO问题的结构，并特别吻合来自合成功能和HPO的中型问题。

采集函数是贝叶斯优化（BO）中的关键组成部分，通常可以写为在替代模型下对效用函数的期望。但是，为了确保采集功能是可以优化的，必须对替代模型和实用程序功能进行限制。为了将BO扩展到更广泛的模型和实用程序，我们提出了不含可能性的BO（LFBO），这是一种基于无似然推理的方法。 LFBO直接对采集函数进行建模，而无需单独使用概率替代模型进行推断。我们表明，可以将计算LFBO中的采集函数缩小为优化加权分类问题，而权重对应于所选择的实用程序。通过为预期改进选择实用程序功能，LFBO在几个现实世界优化问题上都优于各种最新的黑盒优化方法。 LFBO还可以有效利用目标函数的复合结构，从而进一步改善了其遗憾。

寻找可调谐GPU内核的最佳参数配置是一种非普通的搜索空间练习，即使在自动化时也是如此。这在非凸搜索空间上造成了优化任务，使用昂贵的来评估具有未知衍生的函数。这些特征为贝叶斯优化做好了良好的候选人，以前尚未应用于这个问题。然而，贝叶斯优化对这个问题的应用是具有挑战性的。我们演示如何处理粗略的，离散的受限搜索空间，包含无效配置。我们介绍了一种新颖的上下文方差探索因子，以及具有改进的可扩展性的新采集功能，与知识的采集功能选择机制相结合。通过比较我们贝叶斯优化实现对各种测试用例的性能，以及核心调谐器中的现有搜索策略以及其他贝叶斯优化实现，我们证明我们的搜索策略概括了良好的良好，并始终如一地以广泛的保证金更优于其他搜索策略。

贝叶斯优化（BO）是一种基于替代物的全球优化策略，依靠高斯流程回归（GPR）模型来近似目标函数和采集功能，以建议候选点。众所周知，对于高维问题，BO不能很好地扩展，因为GPR模型需要更多的数据点才能实现足够的准确性，并且在高维度中，获取优化在计算上变得昂贵。最近的几项旨在解决这些问题的旨在，例如，实现在线变量选择的方法或对原始搜索空间的较低维度次级manifold进行搜索。本文提出了我们以前的PCA-BO的工作，该作品学习了线性子字节，因此提出了一种新颖的内核PCA辅助BO（KPCA-BO）算法，该算法将非线性子词嵌入搜索空间中并在搜索空间中执行BO这个子manifold。直观地，在较低维度的子序列上构建GPR模型有助于提高建模准确性，而无需从目标函数中获得更多数据。此外，我们的方法定义了较低维度的子元素的采集函数，从而使采集优化更易于管理。我们将KPCA-BO与香草bo的性能以及有关可可/BBOB基准套件的多模式问题的PCA-BO进行了比较。经验结果表明，在大多数测试问题上，KPCA-BO在收敛速度方面都优于BO，并且当维度增加时，这种好处变得更加显着。对于60D功能，KPCA-BO在许多测试用例中取得比PCA-BO更好的结果。与Vanilla BO相比，它有效地减少了训练GPR模型所需的CPU时间并优化与香草BO相比的采集功能。

超参数优化构成了典型的现代机器学习工作流程的很大一部分。这是由于这样一个事实，即机器学习方法和相应的预处理步骤通常只有在正确调整超参数时就会产生最佳性能。但是在许多应用中，我们不仅有兴趣仅仅为了预测精度而优化ML管道；确定最佳配置时，必须考虑其他指标或约束，从而导致多目标优化问题。由于缺乏知识和用于多目标超参数优化的知识和容易获得的软件实现，因此通常在实践中被忽略。在这项工作中，我们向读者介绍了多个客观超参数优化的基础知识，并激励其在应用ML中的实用性。此外，我们从进化算法和贝叶斯优化的领域提供了现有优化策略的广泛调查。我们说明了MOO在几个特定ML应用中的实用性，考虑了诸如操作条件，预测时间，稀疏，公平，可解释性和鲁棒性之类的目标。

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。

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。

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。

Configurable software systems are employed in many important application domains. Understanding the performance of the systems under all configurations is critical to prevent potential performance issues caused by misconfiguration. However, as the number of configurations can be prohibitively large, it is not possible to measure the system performance under all configurations. Thus, a common approach is to build a prediction model from a limited measurement data to predict the performance of all configurations as scalar values. However, it has been pointed out that there are different sources of uncertainty coming from the data collection or the modeling process, which can make the scalar predictions not certainly accurate. To address this problem, we propose a Bayesian deep learning based method, namely BDLPerf, that can incorporate uncertainty into the prediction model. BDLPerf can provide both scalar predictions for configurations' performance and the corresponding confidence intervals of these scalar predictions. We also develop a novel uncertainty calibration technique to ensure the reliability of the confidence intervals generated by a Bayesian prediction model. Finally, we suggest an efficient hyperparameter tuning technique so as to train the prediction model within a reasonable amount of time whilst achieving high accuracy. Our experimental results on 10 real-world systems show that BDLPerf achieves higher accuracy than existing approaches, in both scalar performance prediction and confidence interval estimation.

优化昂贵以评估黑盒功能在包含D对象的所有排列中的输入空间是许多真实应用的重要问题。例如，在硬件设计中放置功能块以通过仿真优化性能。总体目标是最小化函数评估的数量，以找到高性能的排列。使用贝叶斯优化（BO）框架解决这个问题的关键挑战是折衷统计模型的复杂性和采集功能优化的途径。在本文中，我们提出并评估了博的两个算法（BOPS）。首先，BOPS-T采用高斯工艺（GP）代理模型与KENDALL内核和基于Thompson采样的Trocable采集功能优化方法，以选择评估的排列顺序。其次，BOPS-H采用GP代理模型与锦葵内核和启发式搜索方法，以优化预期的改进采集功能。理论上，从理论上分析BOPS-T的性能，以表明他们的遗憾增加了亚线性。我们对多种综合和现实世界基准测试的实验表明，BOPS-T和BOPS-H均优于组合空间的最先进的BO算法。为了推动未来的对这个重要问题的研究，我们为社区提供了新的资源和现实世界基准。

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。