Bayesian optimization (BO) is a powerful framework to optimize black-box expensive-to-evaluate functions via sequential interactions. In several important problems (e.g. drug discovery, circuit design, neural architecture search, etc.), though, such functions are defined over large $\textit{combinatorial and unstructured}$ spaces. This makes existing BO algorithms not feasible due to the intractable maximization of the acquisition function over these domains. To address this issue, we propose $\textbf{GameOpt}$, a novel game-theoretical approach to combinatorial BO. $\textbf{GameOpt}$ establishes a cooperative game between the different optimization variables, and selects points that are game $\textit{equilibria}$ of an upper confidence bound acquisition function. These are stable configurations from which no variable has an incentive to deviate$-$ analog to local optima in continuous domains. Crucially, this allows us to efficiently break down the complexity of the combinatorial domain into individual decision sets, making $\textbf{GameOpt}$ scalable to large combinatorial spaces. We demonstrate the application of $\textbf{GameOpt}$ to the challenging $\textit{protein design}$ problem and validate its performance on four real-world protein datasets. Each protein can take up to $20^{X}$ possible configurations, where $X$ is the length of a protein, making standard BO methods infeasible. Instead, our approach iteratively selects informative protein configurations and very quickly discovers highly active protein variants compared to other baselines.


翻译:贝叶斯优化(BO)是一种通过顺序交互来优化评估成本高昂的黑箱函数的强大框架。然而,在若干重要问题(例如药物发现、电路设计、神经架构搜索等)中,此类函数定义在庞大的 $\textit{组合且非结构化}$ 空间上。由于在这些域上获取函数的最大化难以处理,这使得现有的BO算法不可行。为解决此问题,我们提出 $\textbf{GameOpt}$,一种新颖的博弈论方法用于组合贝叶斯优化。$\textbf{GameOpt}$ 在不同的优化变量之间建立了一个合作博弈,并选择作为上置信界获取函数的博弈 $\textit{均衡}$ 的点。这些是稳定的配置,其中没有变量有动机偏离$-$类似于连续域中的局部最优解。至关重要的是,这使我们能够有效地将组合域的复杂性分解为各个决策集,使得 $\textbf{GameOpt}$ 能够扩展到大型组合空间。我们展示了 $\textbf{GameOpt}$ 在具有挑战性的 $\textit{蛋白质设计}$ 问题中的应用,并在四个真实世界的蛋白质数据集上验证了其性能。每个蛋白质最多可具有 $20^{X}$ 种可能的配置,其中 $X$ 是蛋白质的长度,这使得标准BO方法不可行。相比之下,我们的方法迭代地选择信息丰富的蛋白质配置,并与其他基线方法相比,能够非常快速地发现高活性蛋白质变体。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员