Bayesian optimization (BO) primarily uses Gaussian processes (GP) as the key surrogate model, mostly with a simple stationary and separable kernel function such as the widely used squared-exponential kernel with automatic relevance determination (SE-ARD). However, such simple kernel specifications are deficient in learning functions with complex features, such as being nonstationary, nonseparable, and multimodal. Approximating such functions using a local GP, even in a low-dimensional space, will require a large number of samples, not to mention in a high-dimensional setting. In this paper, we propose to use Bayesian Kernelized Tensor Factorization (BKTF) -- as a new surrogate model -- for BO in a D-dimensional Cartesian product space. Our key idea is to approximate the underlying D-dimensional solid with a fully Bayesian low-rank tensor CP decomposition, in which we place GP priors on the latent basis functions for each dimension to encode local consistency and smoothness. With this formulation, information from each sample can be shared not only with neighbors but also across dimensions. Although BKTF no longer has an analytical posterior, we can still efficiently approximate the posterior distribution through Markov chain Monte Carlo (MCMC) and obtain prediction and full uncertainty quantification (UQ). We conduct numerical experiments on both standard BO testing problems and machine learning hyperparameter tuning problems, and our results confirm the superiority of BKTF in terms of sample efficiency.


翻译:贝叶斯优化(BO)主要采用高斯过程(GP)作为核心代理模型,通常使用简单的平稳可分离核函数,例如广泛采用的带有自动相关性确定(SE-ARD)的平方指数核。然而,这类简单核函数在逼近具有复杂特征(如非平稳性、非可分离性和多模态性)的目标函数时存在不足。即使在低维空间中,使用局部GP近似这类函数也需要大量样本,更不用说在高维场景下。本文提出将贝叶斯核化张量分解(BKTF)作为新的代理模型,用于D维笛卡尔乘积空间中的贝叶斯优化。核心思想是采用全贝叶斯低秩张量CP分解来逼近底层D维实体,其中对每个维度的潜在基函数施加GP先验以编码局部一致性与平滑性。通过该公式化,样本信息不仅可以在相邻区域间共享,还能跨维度传播。尽管BKTF不再具有解析后验,我们仍可通过马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)高效近似后验分布,并获得预测结果与完整的不确定性量化(UQ)。我们在标准BO测试问题及机器学习超参数调优问题上进行数值实验,结果证实了BKTF在样本效率方面的优越性。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2022年10月20日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
18+阅读 · 2021年6月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月18日
Meta-Transfer Learning for Zero-Shot Super-Resolution
Arxiv
43+阅读 · 2020年2月27日
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
VIP会员
最新内容
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
1+阅读 · 今天13:50
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
8+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
9+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
11+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
12+阅读 · 8月8日
相关VIP内容
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
106+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
深度自进化聚类:Deep Self-Evolution Clustering
我爱读PAMI
15+阅读 · 2019年4月13日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关论文
Arxiv
13+阅读 · 2022年10月20日
Arxiv
23+阅读 · 2022年2月24日
Arxiv
18+阅读 · 2021年6月10日
Arxiv
10+阅读 · 2021年2月18日
Meta-Transfer Learning for Zero-Shot Super-Resolution
Arxiv
43+阅读 · 2020年2月27日
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员