可解释的回归模型对于许多应用程序域很重要，因为它们允许专家了解稀疏数据中变量之间的关系。符号回归通过搜索可以从基本代数函数构建的所有可能的自由形式方程的空间来解决此问题。尽管可以通过这种方式重新发现明确的数学函数，但在搜索过程中确定未知数值常数一直是一个经常被忽略的问题。我们提出了一种新的多目标模因算法，该算法利用了一个可区分的笛卡尔遗传编程编码，以在进化循环期间学习常数。我们表明，这种方法具有竞争力或胜过机器的黑匣子回归模型或用于两个应用的手工设计的拟合：火星表达热力估计和通过陀螺安排确定恒星年龄。

在许多科学领域中发现一个有意义的，尺寸同质的，象征性的表达是一个基本挑战。我们提出了一个新颖的开源计算框架，称为科学家机器方程探测器（Scimed），该框架将科学纪律智慧与科学家在循环的方法中融合在一起，并将其与最先进的符号回归（SR）方法相结合。Scimed将基于遗传算法的包装器选择方法与自动机器学习和两个SR方法结合在一起。我们对具有和没有非线性空气动力学阻力的球体沉降的四个配置进行了测试。我们表明，疲惫不堪的人足够坚固，可以从嘈杂的数据中发现正确的物理有意义的符号表达式。我们的结果表明，与最先进的SR软件包相比，这些任务的性能更好。

基于原子量表的材料建模在新材料的发展及其特性的理解中起着重要作用。粒子模拟的准确性由原子间电位确定，该电位允许计算原子系统的势能作为原子坐标和潜在的其他特性的函数。基于原理的临界电位可以达到任意水平的准确性，但是它们的合理性受其高计算成本的限制。机器学习（ML）最近已成为一种有效的方法，可以通过用经过电子结构数据培训的高效替代物代替昂贵的模型来抵消Ab始于原子电位的高计算成本。在当前大量方法中，符号回归（SR）正在成为一种强大的“白盒”方法，以发现原子质潜力的功能形式。这项贡献讨论了符号回归在材料科学（MS）中的作用，并对当前的方法论挑战和最新结果提供了全面的概述。提出了一种基于遗传编程的方法来建模原子能（由原子位置和相关势能的快照组成），并在从头算电子结构数据上进行了经验验证。

符号回归是识别拟合从黑盒过程中观察到的输出的数学表达式的过程。它通常认为是一个离散的优化问题是NP - 硬。解决问题的前提方法包括神经引导的搜索（例如，使用强化学习）和遗传编程。在这项工作中，我们介绍了一种混合神经引导/基因编程方法来象征性回归和其他组合优化问题。我们提出了一种神经引导组件，用于种子随机重启遗传编程组件的起始群体，逐渐学习更好的起始群体。在许多常见的基准任务中从数据集中恢复底层表达式，我们的方法使用相同的实验设置恢复比最近发布的顶部执行模型更多的表达式65％。我们证明在没有对神经引导的组件上的不相互依存的情况下运行许多遗传编程一代，而不是比两个更强烈地耦合的替代配方更好地对象征性回归更好地执行符号回归。最后，我们介绍了一组新的22个符号回归基准问题，而现有的基准难度增加。源代码在www.github.com/brendenpetersen/deep-symbolic -optimization提供。

Data Centers are huge power consumers, both because of the energy required for computation and the cooling needed to keep servers below thermal redlining. The most common technique to minimize cooling costs is increasing data room temperature. However, to avoid reliability issues, and to enhance energy efficiency, there is a need to predict the temperature attained by servers under variable cooling setups. Due to the complex thermal dynamics of data rooms, accurate runtime data center temperature prediction has remained as an important challenge. By using Gramatical Evolution techniques, this paper presents a methodology for the generation of temperature models for data centers and the runtime prediction of CPU and inlet temperature under variable cooling setups. As opposed to time costly Computational Fluid Dynamics techniques, our models do not need specific knowledge about the problem, can be used in arbitrary data centers, re-trained if conditions change and have negligible overhead during runtime prediction. Our models have been trained and tested by using traces from real Data Center scenarios. Our results show how we can fully predict the temperature of the servers in a data rooms, with prediction errors below 2 C and 0.5 C in CPU and server inlet temperature respectively.

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。

在材料科学中，衍生模型以预测突出材料特性（例如弹性，强度，电导率）及其与加工条件的关系。主要缺点是校准依赖于处理条件的模型参数。目前，必须优化这些参数以拟合测量数据，因为它们与处理条件（例如变形温度，应变率）的关系不完全理解。我们提出了一种新的方法，该方法识别了基于遗传编程的处理条件的校准参数的功能依赖性。我们提出了两个（显式和隐式）方法来识别这些依赖项并生成短暂的可解释表达式。该方法用于扩展基于物理的组成型模型以进行变形过程。该本结构型模型与内部材料变量（例如位错密度）进行操作，并且包含许多参数，其中包括三个校准参数。衍生的表达式扩展了本组件模型并替换校准参数。因此，启用各种处理参数之间的插值。我们的研究结果表明，隐式方法比明确的方法更昂贵，但也产生明显更好的结果。

在符号回归任务中探索了相关性作为健身函数的使用，并将性能与典型的RMSE健身函数进行比较。使用与对齐步骤的相关性来结论演变导致RMSE作为适应性函数的显着性能提高。与RMSE相比，使用相关性作为健身函数导致了较少世代的解决方案，并且发现在训练集中需要更少的数据点才能发现正确的方程。Feynman符号回归基准以及其他一些旧的和最近的GP基准问题用于评估性能。

Natural laws are often described through differential equations yet finding a differential equation that describes the governing law underlying observed data is a challenging and still mostly manual task. In this paper we make a step towards the automation of this process: we propose a transformer-based sequence-to-sequence model that recovers scalar autonomous ordinary differential equations (ODEs) in symbolic form from time-series data of a single observed solution of the ODE. Our method is efficiently scalable: after one-time pretraining on a large set of ODEs, we can infer the governing laws of a new observed solution in a few forward passes of the model. Then we show that our model performs better or on par with existing methods in various test cases in terms of accurate symbolic recovery of the ODE, especially for more complex expressions.

我们介绍了数据科学预测生命周期中各个阶段开发和采用自动化的技术和文化挑战的说明概述，从而将重点限制为使用结构化数据集的监督学习。此外，我们回顾了流行的开源Python工具，这些工具实施了针对自动化挑战的通用解决方案模式，并突出了我们认为进步仍然需要的差距。

长期以来，科学家一直旨在发现有意义的公式，以准确描述实验数据。一种常见的方法是使用域知识手动创建自然现象的数学模型，然后将这些模型拟合到数据。相比之下，机器学习算法在消耗大量数据的同时可以自动化准确的数据驱动模型的构建。在文献中探讨了对学习模型的功能形式（例如，非负）的逻辑约束的问题。但是，寻找与一般背景知识一致的模型是一个开放的问题。我们开发了一种将逻辑推理与符号回归相结合的方法，从而实现了自然现象模型的原则推导。我们演示了这些概念，用于开普勒的第三个行星运动定律，爱因斯坦的相对论时间稀释定律以及兰穆尔的吸附理论，在每种情况下都会将实验数据与背景理论自动连接起来。我们表明，使用形式的逻辑推理将正确的公式与一组合理公式区分开时，可以从几个数据点发现法律，这些公式在数据上具有相似的错误。推理与机器学习的结合提供了对自然现象的关键方面的可概括见解。我们设想，这种组合将使能够发现基本科学定律，并认为我们的工作是自动化科学方法的关键第一步。

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。

算法配置（AC）与对参数化算法最合适的参数配置的自动搜索有关。目前，文献中提出了各种各样的交流问题变体和方法。现有评论没有考虑到AC问题的所有衍生物，也没有提供完整的分类计划。为此，我们引入分类法以分别描述配置方法的交流问题和特征。我们回顾了分类法的镜头中现有的AC文献，概述相关的配置方法的设计选择，对比方法和问题变体相互对立，并描述行业中的AC状态。最后，我们的评论为研究人员和从业人员提供了AC领域的未来研究方向。

合奏学习在机器学习方面取得了成功，比其他学习方法具有重大优势。袋装是一种突出的合奏学习方法，它创建了被称为袋子的数据子组，该数据被单独的机器学习方法（例如决策树）培训。随机森林是学习过程中具有其他功能的袋装的重要例子。 \ textColor {black} {当单个学习者具有较高的偏见时，包装的限制是汇总预测中的高偏置（模型不足）。}进化算法已突出用于优化问题，并且也用于机器学习。进化算法是无梯度的方法，具有多种候选解决方案，可维持创建新解决方案的多样性。在传统的包装合奏学习中，制作了一次袋子，而在培训示例方面，内容是在学习过程中固定的。在我们的论文中，我们提出了进化装袋的合奏学习，我们利用进化算法来发展袋子的内容，以通过迭代袋中提供多样性来增强合奏。结果表明，在某些约束下，我们的进化合奏装袋方法优于几个基准数据集的常规合奏方法（包装和随机森林）。进化装袋可以固有地维持一套不同的行李，而无需牺牲任何数据。

语义已成为遗传编程（GP）研究的关键话题。语义是指在数据集上运行时GP个体的输出（行为）。专注于单目标GP中语义多样性的大多数作品表明它在进化搜索方面是非常有益的。令人惊讶的是，在多目标GP（MOGP）中，在语义中进行了小型研究。在这项工作中，我们跨越我们对Mogp中语义的理解，提出SDO：基于语义的距离作为额外标准。这自然鼓励Mogp中的语义多样性。为此，我们在第一个帕累托前面的较密集的区域（最有前途的前沿）找到一个枢轴。然后，这用于计算枢轴与人群中的每个人之间的距离。然后将所得到的距离用作优化以优化以偏及语义分集的额外标准。我们还使用其他基于语义的方法作为基准，称为基于语义相似性的交叉和语义的拥挤距离。此外，我们也使用NSGA-II和SPEA2进行比较。我们使用高度不平衡二进制分类问题，一致地展示我们所提出的SDO方法如何产生更多非主导的解决方案和更好的多样性，导致更好的统计学显着的结果，与其他四种方法相比，使用超卓越症结果作为评估措施。

Learning efficient and interpretable policies has been a challenging task in reinforcement learning (RL), particularly in the visual RL setting with complex scenes. While neural networks have achieved competitive performance, the resulting policies are often over-parameterized black boxes that are difficult to interpret and deploy efficiently. More recent symbolic RL frameworks have shown that high-level domain-specific programming logic can be designed to handle both policy learning and symbolic planning. However, these approaches rely on coded primitives with little feature learning, and when applied to high-dimensional visual scenes, they can suffer from scalability issues and perform poorly when images have complex object interactions. To address these challenges, we propose \textit{Differentiable Symbolic Expression Search} (DiffSES), a novel symbolic learning approach that discovers discrete symbolic policies using partially differentiable optimization. By using object-level abstractions instead of raw pixel-level inputs, DiffSES is able to leverage the simplicity and scalability advantages of symbolic expressions, while also incorporating the strengths of neural networks for feature learning and optimization. Our experiments demonstrate that DiffSES is able to generate symbolic policies that are simpler and more and scalable than state-of-the-art symbolic RL methods, with a reduced amount of symbolic prior knowledge.

HyperParameter Optimization（HPO）是一种确保机器学习（ML）算法最佳性能的必要步骤。已经开发了几种方法来执行HPO;其中大部分都集中在优化一个性能措施（通常是基于错误的措施），并且在这种单一目标HPO问题上的文献是巨大的。然而，最近似乎似乎侧重于同时优化多个冲突目标的算法。本文提出了对2014年至2020年的文献的系统调查，在多目标HPO算法上发布，区分了基于成逐的算法，Metamodel的算法以及使用两者混合的方法。我们还讨论了用于比较多目标HPO程序和今后的研究方向的质量指标。

本文试图回答以下问题：“我们可以通过预测准确性来学到什么？”实际上，分类是机器学习中最受欢迎的任务之一，并且已经开发出许多损失功能来最大化这一非差异性目标。与过去的损失功能设计的工作不同，在通过实验验证之前，主要是由直觉和理论指导的，我们在这里建议以相反的方式解决此问题：我们试图从实验中提取知识。这种数据驱动的方法类似于物理学中用于从数据中发现一般定律的方法。我们使用符号回归方法自动找到与线性分类器的精度高度相关的数学表达式。在260多个数据集上发现的公式的Pearson相关性为0.96，R2为0.93。更有趣的是，该公式是高度解释的，并确认了以前有关损失设计的各种论文的见解。我们希望这项工作能够开放新的观点，以寻求新的启发式方法，从而深入了解机器学习理论。

可以将多任务学习（MTL）范例追溯到Caruana（1997）的早期纸张中，其中表示可以使用来自多个任务的数据，其目的是在独立地学习每个任务的旨在获得更好的性能。 MTL与相互矛盾的目标的解决方案需要在它们中进行折衷，这通常超出了直线组合可以实现的。理论上原则和计算有效的策略正在寻找不受他人主导的解决方案，因为它在帕累托分析中解决了它。多任务学习环境中产生的多目标优化问题具有特定的功能，需要adhoc方法。对这些特征的分析和新的计算方法的提议代表了这项工作的重点。多目标进化算法（MOEAS）可以容易地包括优势的概念，因此可以分析。 MOEAS的主要缺点是关于功能评估的低样本效率。此缺点的关键原因是大多数进化方法不使用模型来近似于目标函数。贝叶斯优化采用基于代理模型的完全不同的方法，例如高斯过程。在本文中，输入空间中的解决方案表示为封装功能评估中包含的知识的概率分布。在这种概率分布的空间中，赋予由Wassersein距离给出的度量，可以设计一种新的算法MOEA / WST，其中模型不直接在目标函数上，而是在输入空间中的对象的中间信息空间中被映射成直方图。计算结果表明，MoEA / WST提供的样品效率和帕累托集的质量明显优于标准MoEa。

我们提出了一种自动方法，可以从数据中发现重力波（GW）事件的分析人群模型。随着检测到更多引力波（GW）事件，由于其表现性，诸如高斯混合模型之类的柔性模型（例如高斯混合模型）变得越来越重要。但是，灵活的模型带有许多缺乏身体动机的参数，从而解释了这些模型的含义。在这项工作中，我们证明了符号回归可以通过将这种柔性模型的后验预测分布提炼成可解释的分析表达式来补充灵活模型。我们恢复了常见的GW人群模型，例如Power-Law-Plus-Gaussis，并找到了一种结合准确性和简单性的新经验人群模型。这表明了一种在不断增长的GW目录中自动发现可解释的人群模型的策略，该模型可能会应用于其他天体物理现象。