通过融入实验者直觉加速实验设计

实验设计是一种通过实验获得具有目标属性的产品的过程。当实验代价高昂时，贝叶斯优化提供了一种样本高效的实验设计工具。通常，专家实验者对所实验系统的行为有“直觉”，提供了进一步提升效率的潜力。在本文中，我们考虑底层属性中逐变量的单调趋势，这导致这些变量在目标值优化中呈现单峰趋势。例如，糖果的甜度对糖含量是单调的。然而，为获得目标甜度，糖含量的效用变为一个单峰函数，其在给出目标甜度的值处达到峰值并向两侧下降。在本文中，我们提出一种解决此类问题的新方法，实现了两个主要目标：a）尽可能充分地利用单调性信息，同时确保 b）收敛保证保持完好。这通过两阶段高斯过程建模实现，其中第一阶段利用单调性趋势对底层属性建模，第二阶段使用从第一阶段采样的“虚拟”样本对目标值优化函数建模。通过在后验计算中加入适当的调整因子，使该过程在理论上保持一致，而这是由于使用“虚拟”样本所必需的。所提方法通过模拟以及真实世界实验设计问题得到评估：a）具有目标长度的新型短聚合物纤维，以及 b）具有目标孔隙率的新型三维多孔支架设计。在所有场景中，我们的方法均展现出比不使用此类“直觉”的基础贝叶斯优化方法更快的收敛。