kyrie
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发布于 2025-10-29 / 11 阅读
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黑箱模型优化问题

范式判断

黑箱优化问题。我们没有模型的明确结构和参数,所以我们只能基于实际结果(黑箱反馈)进行评估和优化。通过反馈信息来推断最佳决策。

类型分析:

  • 黑箱模型(Black-box model):我们只能通过实验数据和反馈来优化决策,而不能直接对模型的内部参数进行访问或修改。

  • 贝叶斯优化(Bayesian Optimization):常用于解决高维度、计算代价高的黑箱优化问题,特别适合解决这种无法直接推断模型结构的情况。

  • 多忠实度(Multi-fidelity):这种方法允许我们在不同精度/成本的实验中权衡,能够减少计算成本。

建模草图

决策变量

  • 剪枝比例(p):控制网络中被剪去的节点比例。一个较大的剪枝比例可能意味着减少模型的计算量,但也可能降低精度。

  • 位宽(b):决定每个计算单元使用多少位进行计算。较大的位宽可以提高精度,但计算量和存储需求会增大。

约束条件

  • 剪枝比例:需要确保剪枝后的模型仍能保持一定的精度,因此剪枝比例不能过高。

p \le p_{max}
  • 位宽:位宽必须在合理范围内选择,不能过低以至于影响精度,也不能过高以至于浪费计算资源。

b_{min} \le b \le b_{max}

我们希望优化两个目标:

  1. 计算性能:即提高模型的计算速度或减少计算时间。通过减小位宽和剪枝比例来实现。

  2. 精度:即模型的预测能力,通常需要剪枝比例和位宽在一定的范围内保持平衡,避免过度简化或过度精细化导致精度损失。

min(计算时间或资源消耗)+\alpha(精度损失)

求解路线

  • 贝叶斯优化:在黑箱模型的环境下,贝叶斯优化是一种很常用的优化方法。我们通过建立一个模型(如高斯过程)来近似目标函数,然后用期望改进(EI)或上置信界(UCB)来选择下一个最有可能优化目标的决策点。

    • EI(期望改进):这个策略会选择那些在当前最佳解附近可能带来改进的决策点。

    • UCB(上置信界):选择那些在不确定性较大的区域进行实验,从而探索可能的最优解。

  • 多忠实度优化:如果剪枝比例和位宽的优化过程非常耗时,我们可以使用多忠实度优化方法。通过在低忠实度的模型上进行快速实验,确定可能的良好组合,然后再在高忠实度的模型上进行精细化搜索。

    • 例如,在较低精度的模型(如较小的位宽、较高的剪枝比例)上进行初步优化,快速找出哪些组合可能带来更好的效果。然后再在更高精度的模型(较大位宽、较小剪枝比例)上验证这些选择。


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