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Botorch：基于PyTorch的贝叶斯优化

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简介：
Botorch是一款建立在PyTorch上的库，专注于提供高效的贝叶斯优化工具，适用于机器学习模型的超参数调优和黑盒函数优化等问题。 BoTorch 是一个基于 PyTorch 的贝叶斯优化库，并且目前正处于积极开发的测试阶段。 选择 BoTorch 有几个原因：它提供了一个模块化、易于扩展的界面，用于构建贝叶斯优化原语，包括概率模型、采集函数和优化器。利用了 PyTorch 提供的功能，如自动微分以及对现代硬件（例如 GPU）的高度并行化的本地支持，并且使用的是与设备无关的代码。此外，BoTorch 支持基于蒙特卡洛方法的采集功能，这使得实现新思路变得简单明了而不必限制基础模型。 在 PyTorch 中可以无缝地集成 BoTorch 与深度和/或卷积架构。它还支持最新的概率模型，包括多任务高斯过程（GPs）、深度核学习、深层 GP 和近似推理等。 目标用户主要是贝叶斯优化和 AI 领域的研究人员以及资深从业人员。建议将 BoTorch 用作实现新算法的低级 API。

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  • Botorch：基于PyTorch的贝叶斯优化
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    Botorch是一款建立在PyTorch上的库，专注于提供高效的贝叶斯优化工具，适用于机器学习模型的超参数调优和黑盒函数优化等问题。 BoTorch 是一个基于 PyTorch 的贝叶斯优化库，并且目前正处于积极开发的测试阶段。 选择 BoTorch 有几个原因：它提供了一个模块化、易于扩展的界面，用于构建贝叶斯优化原语，包括概率模型、采集函数和优化器。利用了 PyTorch 提供的功能，如自动微分以及对现代硬件（例如 GPU）的高度并行化的本地支持，并且使用的是与设备无关的代码。此外，BoTorch 支持基于蒙特卡洛方法的采集功能，这使得实现新思路变得简单明了而不必限制基础模型。 在 PyTorch 中可以无缝地集成 BoTorch 与深度和/或卷积架构。它还支持最新的概率模型，包括多任务高斯过程（GPs）、深度核学习、深层 GP 和近似推理等。 目标用户主要是贝叶斯优化和 AI 领域的研究人员以及资深从业人员。建议将 BoTorch 用作实现新算法的低级 API。
     
  • 贝叶斯优化SLIP模型参数：贝叶斯优化...
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    本研究采用贝叶斯优化方法对SLIP（弹簧加载倒立摆）模型的参数进行优化，旨在提高模拟效率与准确性。通过构建高维参数空间内的概率模型，有效指导搜索过程，减少计算成本，适用于机器人动态平衡控制等领域。 弹簧加载倒立摆（SLIP）步态模型可以通过多个参数进行描述，例如弹簧刚度、机器人质量、着地角以及腿长。调整这些参数往往需要耗费大量时间，而贝叶斯优化则提供了一种寻找最佳步态参数的有效途径。用户可以设定系统的初始条件，然后通过贝叶斯优化来确定在给定的条件下最合适的弹簧刚度和落地角度。根据不同的初始设置，贝叶斯优化能够识别出多种步态模式，包括步行、跑步以及跳跃等不同类型的步态模式。关于更多详细信息，请参阅附件中的PDF文件。
     
  • 基于贝叶斯优化的LSSVM方法
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    本研究提出了一种基于贝叶斯优化的LSSVM（最小二乘支持向量机）方法，通过自动调参提升模型预测性能。 贝叶斯优化最小二乘向量机是一种有效的优化方法，并且相对少见。
     
  • BPR: 基于PyTorch的贝叶斯个性化推荐
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    BPR是一款基于PyTorch开发的高效贝叶斯个性化推荐系统，它利用贝叶斯推理技术为用户定制化地提供精准的商品或内容推荐。 隐式反馈的贝叶斯个性化排名 该存储库使用pyTorch实现贝叶斯个性化排名模型。其他存储库也实现了此模型，但评估所需时间较长。因此，我利用带有GPU加速功能的pyTorch来优化此模型以进行更快速的评估。 实现细节将在下一节中详细说明。 环境与硬件配置： - 处理器：AMD 锐龙7 3700X（8核） - 内存：三星DDR4 32GB - 显卡：NVIDIA Titan Xp 软件及操作系统： 我同时使用Windows和Linux (Ubuntu)系统。 所需Python包安装说明： 在运行此代码之前，请确保已安装以下库。可以通过执行命令或通过Anaconda进行安装。 ``` pip install -r requirements.txt ``` 用法指南： 0. 准备数据 该代码支持movielens 1m数据集和moviele的数据集。
     
  • 基于贝叶斯优化的LSTM模型.zip
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    本作品探讨了利用贝叶斯优化技术提升长短期记忆网络（LSTM）模型性能的方法，并提供了详尽实验分析。 LSTM_BayesianHyperparameterTuning.zip
     
  • 基于贝叶斯优化的LSTM代码（MATLAB）
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    本作品介绍了一种基于贝叶斯优化技术调整长短时记忆网络(LSTM)参数的方法，并提供了相应的MATLAB实现代码。 贝叶斯优化是一种基于贝叶斯推断原理的全局优化算法，在机器学习领域常用于调整超参数以提高模型性能。当应用于长短期记忆网络（LSTM）中，可以自动调节诸如学习率、隐藏层单元数等关键参数，从而提升模型在特定任务上的准确性和泛化能力。 该方法的核心在于利用高斯过程构建代理模型，并依据概率信息选择新的评估点，在探索和利用之间找到平衡。它能够高效地处理多维参数空间问题，且迭代次数较少就能取得良好效果。 贝叶斯优化与LSTM结合的应用展示了其在时间序列预测中的强大能力。通过这种方式，可以有效解决超参数选取对模型性能的影响这一难题，并为复杂高维度的参数调整提供了一种高效的解决方案。 相关文档详细介绍了算法理论、应用场景及实现方法，同时提供了代码案例和可视化结果以帮助理解和解释实际运行情况。贝叶斯优化LSTM在MATLAB环境中的应用不仅体现了概率建模与深度学习结合的优势，还展示了其解决复杂问题的潜力。
     
  • EDBO：基于贝叶斯优化的实验设计
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    简介：EDBO是一种利用贝叶斯优化技术进行高效实验设计的方法。通过构建概率模型预测最佳参数组合，显著减少探索时间和资源消耗，在科学研究和工程实践中展现出了巨大潜力。 埃德波通过贝叶斯优化进行实验设计：edbo是贝叶斯优化在化学合成中的实际应用实例。参考文献为《贝叶斯React优化作为化学合成工具》，作者包括希尔兹（Shields），本杰明（Benjamin J.）；史蒂文斯，杰森；李俊Maven（Marvin）达玛尼，法罕，珍妮，雅各布；亚当斯（Ryan P.）和Doyle，Abigail G。 安装步骤如下： 1. 创建Anaconda环境：`conda create --name edbo python=3.7.5` 2. 安装rdkit、Mordred 和 PyTorch - 激活创建的环境：`conda activate edbo` - 使用以下命令依次安装所需的库： - `conda install -c rdkit rdkit` - `conda install -c rdkit -c mordred-descriptor mordred` - `conda install -c pytorch pytorch`
     
  • 基于贝叶斯优化的Matlab代码实例
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    本实例深入浅出地介绍了如何在MATLAB中应用贝叶斯优化方法。通过具体的代码示例，帮助读者理解并实践这一强大的超参数调优技术，适用于机器学习模型的性能提升与算法研究。 在机器学习和优化领域内，贝叶斯优化是一种高效的全局搜索方法，尤其适用于处理高维度及黑盒函数的优化问题。MATLAB作为一款强大的数值计算平台，提供了实现贝叶斯优化所需的工具与库支持。 首先我们需要了解什么是贝叶斯优化。它基于概率统计中的贝叶斯理论，在每次迭代中构建一个关于目标函数的概率模型（通常采用高斯过程），并在此基础上确定下一次评估的最优位置。这种策略不仅关注当前的最佳解，还会考虑到先前观测数据所体现出来的不确定性，从而使得整个搜索流程更加高效。 在MATLAB环境下执行贝叶斯优化可以通过使用内置的`bayesopt`函数来实现。这个工具支持用户自定义的目标函数、多输入和输出问题，并允许对获取策略及模型参数进行定制化设置。通常情况下，在一个给定的问题压缩包中会包含用于实施这些功能的具体MATLAB脚本，其中包括了优化问题初始化、目标函数的定义以及贝叶斯优化运行所需的配置等步骤。 使用这个MATLAB脚本的基本流程包括： 1. **确定目标函数**：你需要明确你想要最小化或最大化的具体数学表达式。这可以是任何复杂的仿真模型或者机器学习算法中的超参数设置。 2. **设定优化参数**：调整贝叶斯优化的配置选项，如高斯过程的协方差函数等细节，并通过`bayesopt`函数提供的各种选项进行指定。 3. **执行贝叶斯优化**：运行`bayesopt`函数并传递所需的目标函数和设置信息。MATLAB将自动完成多次迭代，每次选择一个最有可能改善目标值的位置来进行评估。 4. **分析结果**：在优化过程结束之后，你可以获取到最优解、历史最佳成绩以及搜索路径的可视化等重要数据。 实际上，在面对那些计算成本高昂且难以频繁直接求解的问题时（如复杂的机器学习模型），贝叶斯优化展示出了其独特的优势。此外，对于没有明确解析形式或结构过于复杂的目标函数来说，这种技术也能够提供出色的解决方案。 综上所述，通过使用MATLAB中的贝叶斯优化案例代码，你将不仅学到如何实施这项技术，并且还能了解到它在解决各种高级优化问题上的强大功能和广泛应用前景。
     
  • ACO-master.zip_MATLAB网络优化_aCO_master_蚁群算法_matlab_贝叶斯优化_贝叶斯结构
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    本项目为MATLAB环境下实现的蚁群算法（aCO）与贝叶斯优化结合的网络优化工具，适用于解决复杂路径规划及结构设计问题。下载后请解压ACO-master.zip文件获取完整代码和文档。 在MATLAB平台上实现基于蚁群优化的贝叶斯网络结构学习方法。
     
  • 贝叶斯优化与高斯过程.pdf
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    本文档探讨了贝叶斯优化及其在机器学习中的应用，特别是通过高斯过程进行模型预测和参数调整的技术细节。适合研究人员和技术爱好者深入理解这一领域。 贝叶斯优化是一种基于概率的全局搜索策略，在处理黑盒函数优化问题上非常有效。这种方法利用贝叶斯统计来指导探索过程，并且特别适用于那些我们无法或不愿意分析其内部结构的问题。 在应用中，目标函数被视为一个随机变量集合，通常使用高斯过程进行描述。这是一种非参数概率模型，它定义了一组随机场的联合分布特性：任何有限子集都会遵循多维正态分布规律。 关键在于高斯过程中通过已有的观察数据来推测未知区域的概率分布。每次评估目标函数时，我们对整个系统的理解就会加深，并据此更新后验概率分布；这个新的预测模型则被用来决定下一步的探索方向——即最可能带来改进的地方。这通常涉及到计算“收购函数”，如预期改善（EI）或概率提高（PI），来确定最佳的新测试点。 贝叶斯优化的标准步骤包括： 1. 初始化：随机选取一组初始样本。 2. 选择最优解，使用某种策略比如锦标赛、比例或者截断等方法挑选出最优秀的解决方案。 3. 建模：利用选出的样本来构建贝叶斯网络。这一步骤涉及学习网络结构及参数的过程。 4. 新生成潜在优化方案，基于贝叶斯模型的联合分布采样得到新的可能解集。 5. 更新样本集合，替换旧有的数据点以形成更新后的群体。 6. 终止条件判断：如果达到了预定的最大迭代次数或最优值稳定不变，则停止；否则返回步骤2继续循环。 在构建贝叶斯网络的过程中，需要明确变量之间的依赖关系，并通过有向无环图（DAG）来表示。结构和参数的确定共同决定了各个变量间的条件概率分布规律。由于学习这种复杂模型的结构是一个NP难问题，通常采用贪心算法进行搜索，在效率与准确性之间取得平衡点；而贝叶斯信息准则或类似标准可以用来评估模型的质量。 高斯过程在优化中的作用在于它提供了一种自然的方式来估计目标函数的不确定性，并且能够方便地预测任何一点的目标值。由于其假设任意输出都遵循正态分布，因此可以在没有直接观测的情况下计算出概率分布，这对于决定下一步探索的方向至关重要。 综上所述，贝叶斯优化与高斯过程相结合为解决复杂的搜索问题提供了一种强大而灵活的工具，在需要高效地在大量可能解的空间中进行有效探索的同时考虑不确定性时表现尤为出色。