Кіріспе
Математикалық оңтайландыру үшін көп деңгейлі координаттар іздеу (МКТ) тек функция мәндерін пайдалана отырып, шектелген жаһандық оңтайландыруға арналған тиімді алгоритм болып табылады. Бұл үшін n өлшемді іздеу кеңістігі қиылыспайтын гиперкубтар (қораптар) жиынтығымен бейнеленеді. Содан кейін қораптар қораптың (және оның көршілерінің) функция мәніне және қораптың мөлшеріне сәйкес осьтік жазықтық бойынша итеративті түрде бөлінеді. Бұл екі бөлу критерийі үлкен қораптарды бөлу арқылы жаһандық іздеуді және функция мәні жақсы болатын аймақтарды бөлу арқылы жергілікті іздеуді қамтамасыз етеді. Алгоритмнің өнімділігін арттыру үшін функцияның (көп өлшемді) квадраттық интерполянтын және сызықтық іздеуді біріктіретін жергілікті іздеуді де қолдануға болады (жергілікті іздеумен МКТ); мұндай жағдайда қарапайым МКТ бастапқы (алғашқы) нүктелерді табу үшін қолданылады. Жергілікті іздеулер (мақсатты функцияның жергілікті минимумдары) ұсынған ақпарат оптимизаторға қайтарылып, бөлу критерийлеріне әсер етеді, нәтижесінде жергілікті минимумдар маңындағы үлгілердің шоғырлануы төмендейді, конвергенция жылдамдайды және дәлдік артады.
Оңайлатылған жұмыс ағыны
MCS жұмыс ағыны 1 және 2-суреттерде көрсетілген. Алгоритмнің әр қадамын төрт кезеңге бөлуге болады: Бөлуге мүмкін үміткерді анықтау (магента, қалың). Бөлінудің оңтайлы бағытын және бөліну нүктесінің (жасыл) күтілетін оңтайлы орнын анықтау. Бөліну нүктесіндегі объективті функцияны бағалау немесе оны бұрын есептелген жиыннан алу; егер ағымдағы бөліну нүктесі көршілес қорапты бөлу кезінде қол жеткізілген болса, соңғысы қолданылады. Бөліну нүктесіндегі объективті функцияның мәніне сүйенген жаңа қораптарды (магента, жұқа) жасау. Әр қадамда уақытша сары шеңбермен белгіленген жасыл нүкте – қораптың бірегей негізгі нүктесі; әр қораптың объективтің мәнімен байланысы бар, атап айтқанда, ол қораптың негізгі нүктесіндегі мәні. Қорапты бөлуге болады деп шешу үшін екі бөлек критерий қолданылады. Біріншісі, қатар бойынша бөлу, үлкен қораптар тым жиі бөлінбесе, олардың сөзсіз бөлінетінін қамтамасыз етеді. Егер ол орынды болса, бөліну нүктесі бөлінетін қабырғаның ұзындығының белгілі бір үлесінде оңай анықталады. Екіншісі, күтілетін пайдаға бөлу, бір координата бойынша жергілікті бір өлшемді параболалық квадраттық модельді (сурогат) пайдаланады. Бұл жағдайда бөліну нүктесі сызық сегменті бойындағы сурогаттың ең төменгі нүктесі ретінде анықталады және қорап тек қана интерполяциялық мән (объективтің нақты мәнінің орнына) ағымдағы ең жақсы үлгіленген функция мәнінен төмен болса ғана бөлінеді.
Identify a potential candidate for splitting (magenta, thick). Identify the optimal splitting direction and the expected optimal position of the splitting point (green). Evaluate the objective function at the splitting point or recover it from the already computed set; the latter applies if the current splitting point has already been reached when splitting a neighboring box. Generate new boxes (magenta, thin) based on the values of the objective function at the splitting point. At each step the green point with the temporary yellow halo is the unique base point of the box; each box has an associated value of the objective, namely its value at the box's base point. In order to determine if a box will be split two separate splitting criteria are used. The first one, splitting by rank, ensures that large boxes that have not been split too often will be split eventually. If it applies then the splitting point is easily determined at a fixed fraction of the length of the side being split. The second one, splitting by expected gain, employs a local one dimensional parabolic quadratic model (surrogate) along a single coordinate. In this case the splitting point is defined as the minimum of the surrogate along a line segment and the box is split only if the interpolant value (serving as a proxy for the true value of the objective) is lower than the current best sampled function value.
Ынтымақтастық
Егер мақсатты функция глобалды минимумның айналасында үздіксіз болса, алгоритм ұзақ мерзімде (яғни функция бағалаулар саны мен іздеу тереңдігі шексіз үлкен болғанда) глобалды минимумға жақындайтыны кепілді. Бұл кез келген интервалдың ақырында кез келгендей кіші болатынынан туындайды, сондықтан функция бағалаулар саны шексізге жақындағанда үлгілер арасындағы қашықтық нөлге жақындайды.
Рекурсивті іске асыру
MCS ағаштардың көмегімен тиімді рекурсивті түрде іске асырылу үшін жобаланған. Осы тәсілмен қажетті жад көлемі проблеманың өлшемділігіне байланысты емес, себебі сынамалау нүктелері тікелей сақталмайды. Олардың орнына, әрбір сынаманың бір ғана координатасы сақталады, ал қалған координаттарды қораптың тарихын түбірге (бастапқы қорапқа) дейін қайта іздеу арқылы қалпына келтіруге болады. Бұл әдіс авторлар ұсынған және олардың алғашқы іске асырылуында қолданылған.