Black-box optimization often relies on evolutionary and swarm algorithms whose performance is highly problem dependent. We view an optimizer as a short program over a small vocabulary of search operators and learn this operator program separately for each problem instance. We instantiate this idea in Operator-Programmed Algorithms (OPAL), a landscape-aware framework for continuous black-box optimization that uses a small design budget with a standard differential evolution baseline to probe the landscape, builds a $k$-nearest neighbor graph over sampled points, and encodes this trajectory with a graph neural network. A meta-learner then maps the resulting representation to a phase-wise schedule of exploration, restart, and local search operators. On the CEC~2017 test suite, a single meta-trained OPAL policy is statistically competitive with state-of-the-art adaptive differential evolution variants and achieves significant improvements over simpler baselines under nonparametric tests. Ablation studies on CEC~2017 justify the choices for the design phase, the trajectory graph, and the operator-program representation, while the meta-components add only modest wall-clock overhead. Overall, the results indicate that operator-programmed, landscape-aware per-instance design is a practical way forward beyond ad hoc metaphor-based algorithms in black-box optimization.


翻译:黑盒优化通常依赖于进化算法和群智能算法,其性能高度依赖于具体问题。我们将优化器视为基于小型搜索算子词汇表的短程序,并针对每个问题实例分别学习该算子程序。我们在算子编程算法(OPAL)中实现了这一思想,这是一个面向连续黑盒优化的景观感知框架。该框架利用标准差分进化基线配合少量设计预算对问题景观进行探测,基于采样点构建$k$近邻图,并通过图神经网络对该轨迹进行编码。随后,元学习器将所得表征映射为分阶段的探索、重启与局部搜索算子调度方案。在CEC~2017测试集上,单一元训练OPAL策略在统计意义上与最先进的自适应差分进化变体具有竞争力,并在非参数检验下较简单基线取得显著改进。在CEC~2017上进行的消融实验验证了设计阶段、轨迹图与算子程序表征的设计合理性,而元学习组件仅带来适度的实际计算开销。总体而言,结果表明基于算子编程的景观感知单实例设计是超越黑盒优化中临时性隐喻驱动算法的可行发展方向。

0
下载
关闭预览

相关内容

在科学,计算和工程学中,黑盒是一种设备,系统或对象,可以根据其输入和输出(或传输特性)对其进行查看,而无需对其内部工作有任何了解。 它的实现是“不透明的”(黑色)。 几乎任何事物都可以被称为黑盒:晶体管,引擎,算法,人脑,机构或政府。为了使用典型的“黑匣子方法”来分析建模为开放系统的事物,仅考虑刺激/响应的行为,以推断(未知)盒子。 该黑匣子系统的通常表示形式是在该方框中居中的数据流程图。黑盒的对立面是一个内部组件或逻辑可用于检查的系统,通常将其称为白盒(有时也称为“透明盒”或“玻璃盒”)。
UTC: 用于视觉对话的任务间对比学习的统一Transformer
专知会员服务
14+阅读 · 2022年5月4日
【CVPR2020-旷视】DPGN:分布传播图网络的小样本学习
专知会员服务
28+阅读 · 2020年4月1日
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
LibRec 每周算法:LDA主题模型
LibRec智能推荐
29+阅读 · 2017年12月4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
8+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
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
【NeurIPS2019】图变换网络:Graph Transformer Network
LibRec 每周算法:LDA主题模型
LibRec智能推荐
29+阅读 · 2017年12月4日
相关基金
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
8+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
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员