Optimizing multiple, non-preferential objectives for mixed-variable, expensive black-box problems is important in many areas of engineering and science. The expensive, noisy, black-box nature of these problems makes them ideal candidates for Bayesian optimization (BO). Mixed-variable and multi-objective problems, however, are a challenge due to BO's underlying smooth Gaussian process surrogate model. Current multi-objective BO algorithms cannot deal with mixed-variable problems. We present MixMOBO, the first mixed-variable, multi-objective Bayesian optimization framework for such problems. Using MixMOBO, optimal Pareto-fronts for multi-objective, mixed-variable design spaces can be found efficiently while ensuring diverse solutions. The method is sufficiently flexible to incorporate different kernels and acquisition functions, including those that were developed for mixed-variable or multi-objective problems by other authors. We also present HedgeMO, a modified Hedge strategy that uses a portfolio of acquisition functions for multi-objective problems. We present a new acquisition function, SMC. Our results show that MixMOBO performs well against other mixed-variable algorithms on synthetic problems. We apply MixMOBO to the real-world design of an architected material and show that our optimal design, which was experimentally fabricated and validated, has a normalized strain energy density $10^4$ times greater than existing structures.


翻译:在工程和科学的许多领域,对混合、昂贵的黑箱问题,优化多种、非优惠的多重目标十分重要。这些问题的昂贵、吵闹、黑箱性质使得他们成为贝叶西亚优化(BO)的理想人选。混合和多目标问题,由于BO的内在平稳高萨进程替代模型,因此是一个挑战。当前多目标的BO算法无法处理混合易变问题。我们为这类问题提出了第一个混合、可变多目标的贝叶西亚优化框架MixMOBO。利用MixMOBO,最佳的Pareto前方,多目标、混合、可变设计空间可以找到理想的人选。但是,混合和多目标的问题,由于BOBO的基本平稳的高尔西亚进程替代模型,包括其他作者为混合易变或多目标问题开发的模型,因此是一个挑战。我们提出了一个经过修改的尖端战略,它使用多种目的的购置功能组合。我们提出了一个新的购置功能,SMC。我们的结果显示,MixMOBO的模型和模型结构比其他混合设计周期要很好地展示了我们真正的模型设计。

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