This work provides the exact expression of the probability distribution of the hypervolume improvement (HVI) for bi-objective generalization of Bayesian optimization. Here, instead of a single-objective improvement, we consider the improvement of the hypervolume indicator concerning the current best approximation of the Pareto front. Gaussian process regression models are trained independently on both objective functions, resulting in a bi-variate separated Gaussian distribution serving as a predictive model for the vector-valued objective function. Some commonly HVI-based acquisition functions (probability of improvement and upper confidence bound) are also leveraged with the help of the exact distribution of HVI. In addition, we show the superior numerical accuracy and efficiency of the exact distribution compared to the commonly used approximation by Monte-Carlo sampling. Finally, we benchmark distribution-leveraged acquisition functions on the widely applied ZDT problem set, demonstrating a significant advantage of using the exact distribution of HVI in multi-objective Bayesian optimization.


翻译:这项工作准确地反映了双目标的巴伊西亚优化的超容量改进(HVI)的概率分布。 这里,我们考虑的不是单一目标改进,而是关于目前Pareto Front的最佳近似值的超大数量指标的改进。 Gaussian 进程回归模型在这两个目标功能上都独立培训,结果产生了一种双变量分离高斯分布,作为矢量估值目标功能的预测模型。一些基于HVI的获取功能(改进的可能性和上层信任约束)也得到了使用,而HVI的精确分布也得到了帮助。 此外,我们显示了与Monte-Carlo取样通常使用的近近似值相比,准确分布的数值准确性和效率。 最后,我们将分布差的获取功能基准在广泛应用的ZDT问题集上,这表明在多目标巴伊西亚优化中使用赫斯指数的精确分布有很大优势。

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