In offline model-based optimization, we strive to maximize a black-box objective function by only leveraging a static dataset of designs and their scores. This problem setting arises in numerous fields including the design of materials, robots, DNA sequences, and proteins. Recent approaches train a deep neural network (DNN) on the static dataset to act as a proxy function, and then perform gradient ascent on the existing designs to obtain potentially high-scoring designs. This methodology frequently suffers from the out-of-distribution problem where the proxy function often returns poor designs. To mitigate this problem, we propose BiDirectional learning for offline Infinite-width model-based optimization (BDI). BDI consists of two mappings: the forward mapping leverages the static dataset to predict the scores of the high-scoring designs, and the backward mapping leverages the high-scoring designs to predict the scores of the static dataset. The backward mapping, neglected in previous work, can distill more information from the static dataset into the high-scoring designs, which effectively mitigates the out-of-distribution problem. For a finite-width DNN model, the loss function of the backward mapping is intractable and only has an approximate form, which leads to a significant deterioration of the design quality. We thus adopt an infinite-width DNN model, and propose to employ the corresponding neural tangent kernel to yield a closed-form loss for more accurate design updates. Experiments on various tasks verify the effectiveness of BDI. The code is available at https://github.com/GGchen1997/BDI.


翻译:在离线基于模型优化中,我们仅利用设计及其得分的静态数据集来最大化黑盒目标函数。该问题出现在众多领域,包括材料设计、机器人设计、DNA序列设计和蛋白质设计。近期方法在静态数据集上训练深度神经网络(DNN)作为代理函数,随后对现有设计执行梯度上升以获得潜在高分设计。该方法常面临分布外问题,即代理函数经常返回低质量设计。为缓解该问题,我们提出离线无限宽度基于模型优化的双向学习(BDI)。BDI包含两个映射:前向映射利用静态数据集预测高分设计的得分,反向映射则利用高分设计预测静态数据集的得分。这一反向映射在以往工作中被忽视,它能从静态数据集中提取更多信息注入高分设计,有效缓解分布外问题。对于有限宽度DNN模型,反向映射的损失函数难以计算且仅存在近似形式,导致设计质量显著下降。因此我们采用无限宽度DNN模型,并提出使用对应的神经正切核生成闭式损失以实现更精确的设计更新。多种任务上的实验验证了BDI的有效性。代码开源在https://github.com/GGchen1997/BDI。

0
下载
关闭预览

相关内容

【硬核书】矩阵代数基础,248页pdf
专知会员服务
88+阅读 · 2021年12月9日
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
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17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
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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 · 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
1+阅读 · 2012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 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+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
Arxiv
14+阅读 · 2022年10月15日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | 自回归Boltzmann生成器重塑分子采样
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:55
GNN跨域综述:从消息传递到图基础模型
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:53
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
11+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
相关VIP内容
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
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 · 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
1+阅读 · 2012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 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
2+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员