×
埃卡安什·维尔玛;王奎;艾莉森·马斯登。

代理管理框架的并发实现及其在心血管形状优化中的应用。 （英语） 兹比尔1457.90158

最佳方案。工程师。 21，第4期，1487-1536（2020）.
摘要：代理管理框架（SMF）是一种对昂贵目标函数进行无导数优化的有效方法。SMF通常由基于代理的填充方法（SEARCH步骤）和模式搜索优化（POLL步骤）组成。尽管后者很容易并行化，但SEARCH步骤的并行化需要基于代理的策略，在每次迭代中生成多个候选项。此类SEARCH方法对SMF性能的影响仍有待深入研究。本文通过比较两种不同的填充方法：单搜索多错误抽样和期望改进常数说谎者方法，将SMF扩展到包含SEARCH步骤的并发评估。通过滤波器方法，将这些变量推广用于解决非线性约束问题。提出的方法针对不同的填充尺寸进行了基准测试，同时考虑了初始化的可变性。然后，我们演示了针对两个由血流动力学驱动的外科设计引发的形状优化问题提出的方法。在有限约束问题上，基于代理的多填充策略在固定的计算时间预算方面优于单填充策略。从这项研究中获得的见解不仅对SMF的未来实例有意义，而且对用于无导数优化的其他基于代理和混合并行填充方法也有意义。

引用于1文件

MSC公司：

90立方 非线性规划

关键词：

代理管理框架;无导数优化;并行优化

软件：

NEWUOA公司;NOMAD公司;EGO公司;OrthoMADS公司;SimVascular公司;CMA-ES公司;斯莫夫;VTK公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{A.Verma}等人，Optim。工程21，第4期，1487--1536（2020；Zbl 1457.90158）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 威斯康星州雅培；梅格曼，J。；JE哈森；L'Italien，G。；华诺克，DF，顺应性错配对血管移植通畅性的影响，血管外科杂志，5，2，376-382（1987）
[2] 亚伯拉罕·F。；贝尔，M。；Heinkenschloss，M.，《非稳定血流中的形状优化：非牛顿效应的数值研究》，《计算方法生物医学工程》，第8期，第201-212页（2005年）
[3] 马萨诸塞州艾布拉姆森；Audet，C.，网格自适应直接搜索到二阶平稳点的收敛性，SIAM J Optim，17，2，606-619（2006）·Zbl 1174.90877号
[4] 马萨诸塞州艾布拉姆森；Audet，C。；JE丹尼斯；Digabel，SL，OrthoMADS：具有正交方向的确定性MADS实例，SIAM J Optim，20，2，948-966（2009）·Zbl 1189.90202号
[5] Audet，C。；Dennis，JE Jr，无导数非线性规划的渐进障碍，SIAM J Optim，20，1，445-472（2000）·Zbl 1187.90266号
[6] Audet，C。；Dennis，JE Jr，《广义模式搜索分析》，SIAM J Optim，13，3，889-903（2003）·Zbl 1053.90118号
[7] Audet，C。；Dennis，JE Jr，无导数非线性规划的模式搜索滤波方法，SIAM J Optim，14，4，980-1010（2004）·Zbl 1073.90066号
[8] Audet C，Dennis Jr，J.E（2004b）约束优化的网格自适应直接搜索算法。技术代表G-2004-04，GERAD律师事务所，加拿大H3C 3A7，Montréal（魁北克省）Centre-ville，Mathématiques et de Génie Industriel律师事务所，C.P.6079
[9] Audet，C。；Dennis，JE Jr，用于约束优化的网格自适应直接搜索算法，SIAM J Optim，17，1，2-11（2006）·Zbl 1112.90078号
[10] Audet，C。；党，CK；Orban，D.，算法参数优化应用中并行性的有效使用，Optim Lett，7，3，421-433（2011）·Zbl 1268.90083号
[11] Audet，C。；Le Digabel，S。；Tribes，C.，用于黑箱优化的网格动态缩放自适应直接搜索算法，Optim Eng，17，2，333-358（2016）·Zbl 1364.90360号
[12] Bassiouny，HS；白色，S。；格拉戈夫，S。；Choi，E。；吉登斯，DP；Zarins，CK，吻合口内膜增生：机械损伤或血流诱导，血管外科杂志，15，4，708-717（1992）
[13] Beckley MC（2015）克里金模型抽样方法比较。比勒陀利亚大学博士论文
[14] 贝兰瓦德，V。；黑尔，W。；Lucet，Y.，《比较优化算法的最佳实践》，Optim Eng，18，4，815-848（2017）·Zbl 1390.90601号
[15] Belitz P（2011）多维球形填料的应用：无导数优化。加州大学圣地亚哥分校博士论文
[16] Booker AJ（2000）计算机模型优化的良好条件克里金模型。数学和计算技术报告002，波音幻影工厂，西雅图，华盛顿州
[17] AJ·布克；小JE丹尼斯；PD Frank；塞拉菲尼，DB；托克森，V。；Trosset，MW，通过代理优化昂贵函数的严格框架，Struct Optim，17，1，1-13（1999）
[18] Bossek，J.，Smoof:单目标和多目标优化测试函数，R期刊，9，1，103-113（2017）
[19] 盒子，GE；亨特，JS；Hunter，WG，《实验者统计：设计、创新和发现》（2005），霍博肯：威利·Zbl 1082.62063号
[20] Bozsak，F。；Gonzalez-Rodriguez，D。；斯特恩伯格，Z。；Belitz，P。；Bewley，T。；乔马兹（JM Chomaz）；Barakat，AI，药物洗脱支架给药的优化，PLoS One，10，6，e0130182（2015）
[21] 布雷曼，L。；Cutler，A.，《全局优化的确定性算法》，《数学程序》，58，1-3，179-199（1993）·Zbl 0807.90103号
[22] Brochu E、Cora VM、de Freitas N（2010）《昂贵成本函数的贝叶斯优化教程》，应用于主动用户建模和分层强化学习。http://arxiv.org/abs/10122.599
[23] 邱，JJ；Chien，S.，《扰流对血管内皮的影响：病理生理学基础和临床前景》，《生理学评论》，91，1，327-387（2011）
[24] 康塔尔，E。；Buffeni博士。；Robicquet，A。；Vayatis，N.，《具有高置信限和纯探索的并行高斯过程优化》，关于数据库中机器学习和知识发现的欧洲联合会议，225-240（2013），柏林：施普林格，柏林
[25] 库库特，I。；Deschrijver，D。；Dhane，T.，《快速计算帕累托优化的多目标改进概率和预期改进标准》，J Global Optim，60，3，575-594（2013）·Zbl 1303.90093号
[26] Deb，K。；Thiele，L。；Laumanns，M。；Zitzler，E。；亚伯拉罕，A。；Jain，L。；Goldber，R.，进化多目标优化的可扩展测试问题，进化多目的优化，105-145（2005），伦敦：施普林格出版社，伦敦·Zbl 1078.90567号
[27] 钻石，P。；Armstrong，M.，变异函数的稳健性和kriging矩阵的调节，《国际数学协会地理杂志》，16，8，809-822（1984）
[28] Digabel，SL，Algorithm 909:NOMAD:使用MADS算法进行非线性优化，ACM Trans Math Softw，37，4，1-15（2011）·Zbl 1365.65172号
[29] Dolan，ED；Moré，JJ，《带性能曲线的基准优化软件》，《数学程序》，91，2，201-213（2002）·邮编：1049.90004
[30] 戴克，英属维尔京群岛；Asaki，TJ，使用QR分解获得均匀分布轮询方向的网格自适应直接搜索的新实例，J Optim Theory Appl，159,3805-821（2013）·Zbl 1284.90081号
[31] Esmaily-Moghadam，M。；Bazilevs，Y。；Marsden，AL，一种隐耦合多域模拟的新预处理技术及其在血流动力学中的应用，Comput Mech，52，51111-1152（2013）·Zbl 1388.76130号
[32] Esmaily-Moghadam，M。；Bazilevs，Y。；Marsden，A.，数据分布对迭代线性解算器并行性能的影响，重点是不可压缩流的cfd，Comput Mech，55，1，93-103（2015）·Zbl 1311.76057号
[33] Esmaily-Moghadam，M。；Bazilevs，Y。；Marsden，AL，《求解由不可压缩流动问题引起的线性系统的双分区迭代算法》，《计算方法应用机械工程》，286，40-62（2015）·Zbl 1423.76228号
[34] JA范斯坦；本森，DW；AM杜宾；科恩，理学硕士；马克西，DM；马勒，WT；帕尔，E。；维拉法涅，J。；Bhatt，AB；Peng，LF，左心发育不良综合征：当前的考虑和期望，美国大学心脏病杂志，59，1，S1-S42（2012）
[35] 金斯堡，D。；勒里奇，R。；Carraro，L。；Tenne，Y。；Goh，C.，Kriging非常适合并行化优化，在昂贵的优化问题中实现计算智能。适应学习与优化（2010），柏林：施普林格，柏林·Zbl 1192.68011号
[36] Ginsburger D，Janusevskis J，Le Riche R（2011）处理基于并行高斯过程的全局优化中的异步性。技术代表hal-00507632
[37] 古尔德，N。；Scott，J.，《对标软件性能简介》，ACM Trans Math Softw（TOMS），第43、2、15页（2016年）·Zbl 1369.65202号
[38] 格莱美，RB；灰色，佐治亚州；Le Digabel，S。；Lee，香港；Ranjan，P。；威尔斯，G。；Wild，SM，《黑箱约束优化的增广拉格朗日模型》，Technometrics，58，1，1-11（2016）
[39] 格雷希，L。；伊奥里，F。；科贝特，R。；Shurey，S。；Gedroyc，W。；北邓肯。；卡罗，C。；Vincent，P.，《抑制动静脉瘘中的不稳定流动》，《物理流体》，29，10，101901（2017）
[40] 格里菲斯，G。；Nagy，J。；黑色，D。；Stonebridge，P.，《腹股沟下聚四氟乙烯旁路移植术中远端吻合插入静脉袖套的随机临床试验》，英国外科杂志，91，5，560-562（2004）
[41] 格罗普，W。；塔库尔，R。；Lusk，E.，《使用MPI-2：消息传递接口的高级特性》（1999），剑桥：麻省理工学院出版社，剑桥
[42] 哈夫特卡，RT；维拉纽瓦，D。；Chaudhuri，A.，《具有昂贵函数的并行代理辅助全局优化——一项调查》，Struct-Multidisip Optim，54，1，3-13（2016）
[43] Haimovici，H。；Ascer，E。；Hollier，L。；Strandness，D.Jr；Towne，J.，Haimovici的血管外科学（1996），霍博肯：布莱克威尔科学，霍博克
[44] Hansen，N。；日本洛扎诺；拉拉纳加，P。；Inza，I。；Bengoetxea，E.，CMA进化策略：比较综述，走向新的进化计算，75-102（2006），柏林：施普林格，柏林
[45] PD霍夫；科尔达，TG；Torczon，VJ，非线性优化的异步并行模式搜索，SIAM科学计算杂志，23，1，134-156（2001）·Zbl 0990.65067号
[46] 如何，T。；罗伊，C。；Gilling-Smith，G。；Harris，P.，“静脉袖套间吻合改变受体动脉壁切应力分布”，《血管外科杂志》，31，5，1008-1017（2000）
[47] Jamil，M。；Yang，XS，全局优化问题基准函数的文献综述，国际数学模型数值优化，4，2，150-94（2013）·Zbl 1280.65053号
[48] 肯塔基州詹森；怀特，CH；Hulbert，GM，将滤波后的navier-stokes方程与稳定有限元法积分的广义-\（\alpha\）方法，Comput Meth Appl-Mech-Eng，190，3-4305-319（2000）·Zbl 0973.76048号
[49] 金，OA；Chen，W。；Sudijianto，A.，构建计算机实验优化设计的有效算法，J Stat Plan Inference，134，268-87（2005）·Zbl 1066.62075号
[50] Jones，DR，《基于响应面的全局优化方法分类》，《全球优化杂志》，21，4，345-383（2001）·Zbl 1172.90492号
[51] Jones博士；Perttunen，CD；Stuckman，BE，无lipschitz常数的Lipschitzian优化，最优化理论应用杂志，79，1，157-181（1993）·Zbl 0796.49032号
[52] Jones博士；Schonlau，M。；Welch，WJ，昂贵黑盒函数的高效全局优化，J global Optim，13，4，455-492（1998）·Zbl 0917.90270号
[53] 科齐尔，S。；Michalewicz，Z.，进化算法，同态映射和约束参数优化，进化Comp杂志，7，1，19-44（1999）
[54] Krige，D.，《Witwatersrand中一些矿山估价和相关问题的统计方法》，南非化学金属学会杂志，52，119-139（1951）
[55] Ku，JP；CJ埃尔金斯；Taylor，CA，体外大动脉旁路移植模型中CFD和MRI流量和速度的比较，Ann Biomed Eng，33，3，257-269（2005）
[56] Lemson，M。；托多尔，J。；Daemen，M。；Kitslaar，P.，《血管移植物内膜增生》，《欧洲血管内外科杂志》，19，4，336-350（2000）
[57] Levy，AV公司；Montalvo，A.，函数全局最小化的隧道算法，SIAM科学统计计算杂志，6，1，15-29（1985）·Zbl 0601.65050号
[58] 李，R。；Sudjianto，A.，在高斯克里金模型中使用惩罚似然分析计算机实验，技术计量学，47，2，111-120（2005）
[59] Li，C。；布雷齐隆，J。；Görtz，S。；迪尔曼，A。；海勒，G。；Krämer，E。；Kreplin，H。；尼舍，W。；Rist，U.，基于代理建模的天然层流翼型的高效全局优化，数值和实验流体力学新结果IX，53-63（2014），柏林：施普林格，柏林
[60] Liu J，Han Z，Song W（2012）基于kriging的气动优化中填充采样标准的比较。国际航空科学理事会第28届大会，第23-28页
[61] 最长，P。；克莱因斯特勒，C。；Archie，JP，miller袖套动脉吻合的粒子血流动力学分析，血管外科杂志，38，6，1353-1362（2003）
[62] Marsden AL，Wang M，Dennis Jr JE（2003）使用代理管理框架的约束气动声学形状优化。收录：年度研究简报。斯坦福大学湍流研究中心，第399-412页
[63] 亚利桑那州马斯登；弗吉尼亚州范斯坦；Taylor，CA，《心血管几何形状无导数优化的计算框架》，《计算方法应用机械工程》，197，21-24，1890-1905（2008）·Zbl 1194.76296号
[64] 美国AL Marsden，《心血管建模优化》，《流体力学年鉴》，46，519-46（2014）·Zbl 1297.76202号
[65] 亚利桑那州马斯登；Esmaily-Moghadam，M.，用于临床决策支持的心血管血流多尺度建模，《应用力学评论》，67，30804，1-11（2015）
[66] McKay，医学博士；康诺威，WJ；Beckman，RJ，《计算机代码输出分析中选择输入变量值的三种方法的比较》，《技术计量学》，21239-245（1979）·Zbl 0415.62011号
[67] Miettinen，K.，非线性多目标优化（1999），伦敦：Kluwer学术出版社，伦敦·Zbl 0949.90082号
[68] Miller，J。；R·福尔曼。；弗格森，L。；Faris，I.，用于将假体与小动脉吻合的静脉套间，奥斯特N Z J外科杂志，54，3，283-285（1984）
[69] 莫哈达姆，ME；Marsden，TYHA，《辅助双向Glenn：一种新的一期单心室心脏姑息手术方法》，《胸心外科杂志》，149,3699-705（2015）
[70] 莫哈达姆，ME；Bazilevs，Y。；夏，TY；Vignon Clementel，I。；Marsden，A.，《防止回流发散的出口边界处理与血流模拟相关性的比较》，《计算力学》，48，277-291（2011）·Zbl 1398.76102号
[71] 内维尔，RF；Tempesta，B。；Sidawy，AN，使用聚四氟乙烯和远端静脉补片进行肢体挽救的胫骨旁路术，《血管外科杂志》，33，2，266-272（2001）
[72] Niederreiter，H.，随机数生成和准蒙特卡罗方法（1992），费城：SIAM，费城·Zbl 0761.65002号
[73] 诺伯托，JJ；西达维，安大略省；特拉德，堪萨斯州；Jones，文学学士；内维尔，RF；纳贾尔，旧金山；MK Sidawy；DePalma，RG，静脉套扎吻合的保护作用在起源上不是机械性的，《血管外科杂志》，21，4，558-566（1995）
[74] 诺伍德，W。；柯克林，J。；Sanders，S.，《左心发育不良综合征：姑息性手术的经验》，《胸心血管外科杂志》，82，511-9（1981）
[75] 诺伍德，W。；朗·P。；Castaneda，A。；Campbell，D.，左心发育不良综合征手术经验，《胸心血管外科杂志》，82511-9（1981）
[76] 詹妮弗·潘内顿（JM Panneton）；霍利埃，LH；Hofer，JM，多中心随机前瞻性试验，比较预翻边聚四氟乙烯移植与静脉翻边聚四氟乙烯移植用于膝下动脉搭桥，Ann Vasc Surg，18，2，199-206（2004）
[77] 帕克，C。；哈夫特卡，RT；Kim，NH，关于高保真度代理的评论，Struct Multiscip Optim，55，3，1029-1050（2017）
[78] Passerini股份有限公司；Milsted，A。；Rittgers，SE，剪切应力大小和方向性调节预处理血管内皮细胞中的生长因子基因表达，《血管外科杂志》，37，1，182-190（2003）
[79] 佩赫斯托弗，B。；Willcox，K。；Gunzburger，M.，《不确定性传播、推理和优化中的多重性方法综述》，SIAM Rev，60，3，550-591（2018）·Zbl 1458.65003号
[80] 彭，CY；Wu，C.，《关于确定性计算机实验克里金建模中块金的选择》，J Compute Graph Stat，23，1，151-168（2014）
[81] Powell，MJ，《无导数无约束优化的newuoa软件》，大尺度非线性优化，255-297（2006），柏林：施普林格出版社，柏林·Zbl 1108.90005号
[82] 拉马钱德拉，AB；桑卡兰，S。；JD汉弗莱；Marsden，AL，《静脉移植物对压力增加适应能力的计算模拟》，《生物医学工程杂志》，137，3，031009（2015）
[83] 拉斯穆森，CE；Williams，CKI，机器学习的高斯过程（自适应计算和机器学习）（2005），剑桥：麻省理工学院出版社，剑桥
[84] Rozza，G.，《动脉旁路的优化、控制和形状设计》，《国际数值方法流体杂志》，第47期，第1411-1419页（2005年）·Zbl 1155.76439号
[85] Sacks，J。；Welch，WJ；TJ米切尔；Wynn，HP，《计算机实验的设计与分析》，《统计科学》，4，4，409-423（1989）·Zbl 0955.62619号
[86] Sankaran，S.，《使用稀疏网格配置方案的随机优化》，Prob Eng Mech，24，3，382-396（2009）
[87] 桑特纳，TJ；威廉姆斯，BJ；威斯康星州诺茨，《计算机实验的设计与分析》（2003），纽约：施普林格出版社，纽约·Zbl 1041.62068号
[88] Sasena，M.J.：使用克里格近似法增强约束全局设计优化的灵活性和效率。密歇根大学安娜堡分校博士论文（2002年）
[89] 丹麦Saxena；杜罗，JA；Tiwari，A。；Deb，K。；Zhang，Q.，《多目标优化中的目标约简：线性和非线性算法》，IEEE Trans-Evol Compute，17，1，77-99（2012）
[90] 施罗德，WJ；Lorensen，B。；Martin，K.，《可视化工具包：3D图形的面向对象方法》（The visualization toolkit:an objective approach to 3D graphics）（2004年），克利夫顿公园：工具包，克利夫敦公园
[91] Seo，J。；Schiavazzi博士。；Marsden，A.，预处理迭代线性解算器在刚性和可变形血管心血管模拟中的性能，计算力学，64，3，717-739（2019）·Zbl 1465.74166号
[92] 尚，JK；Esmaily，M。；Verma，A。；O.莱因哈特兹。；菲利奥拉，RS；夏，TY；弗吉尼亚州范斯坦；Marsden，AL，《辅助双向Glenn的患者特定多尺度建模》，Ann Thorac Surg，107，4，1232-39（2019）
[93] 谢泼德，理学硕士；Georges，MK，用有限八叉树技术自动生成三维网格，国际数值方法工程杂志，32，4，709-749（1991）·Zbl 0755.65116号
[94] Siegman，F.，《静脉袖带用于移植物吻合》，《妇产外科》，148,6930-930（1979）
[95] 石桥，P。；普雷斯科特，R。；Ruckley，C.，《比较腹股沟下聚四氟乙烯旁路移植术在远端吻合口有无静脉插入袖带的随机试验》，《血管外科杂志》，26，4，543-550（1997）
[96] Tamisier，D。；Vouhe，P。；Vernant，F。；莱卡，F。；Massot，C。；Neveux，J.，《改良blalock-taussig分流术：导致小于3个月大的婴儿》，Ann Thorac Surg，49，797-801（1990）
[97] 加利福尼亚州泰勒；休斯，TJR；Zarins，CK，动脉血流的有限元建模，计算机方法应用机械工程，158，155-196（1998）·Zbl 0953.76058号
[98] 托克森，V。；Trosset，MW，《从进化操作到并行直接搜索：数值优化的模式搜索算法》，《计算科学统计》，29396-401（1998）
[99] Towns，J。；科克里尔，T。；Dahan，M。；我·福斯特。；盖瑟，K。；格里姆肖，A。；哈兹伍德，V。；Lathrop，S。；利夫卡，D。；Peterson，GD，XSEDE:加速科学发现，《计算科学与工程》，16，5，62-74（2014）
[100] Updegrove，A。；威尔逊，新墨西哥州；Merkow，J。；兰·H。；A.马斯登。；Shadden，S.，Simvascular:心血管模拟的开源管道，Ann Biomed Eng，45，3，525-541（2016）
[101] 费城韦斯；斯洛伐克古普塔；Ascer，E。；White-Flores，S。；萨姆森，RH；洛杉矶谢尔；新泽西州Towne；Bernhard，VM；Bonier，P。；弗林，WR；阿斯特尔福德，P。；姚，JS；Bergan，JJ，自体隐静脉和扩张聚四氟乙烯移植物在腹股沟下动脉重建中的六年前瞻性多中心随机比较，《血管外科杂志》，3，1，104-114（1986）
[102] Verma，A。；Esmaily，M。；尚，J。；Figliola，R。；JA范斯坦；夏，TY；Marsden，AL，第一阶段单心室修复辅助双向glenn程序的优化，世界儿科先天性心脏外科杂志，9，2，157-170（2018）
[103] Vignon Clementel，爱尔兰；加利福尼亚州菲格罗阿；肯塔基州詹森；Taylor，CA，动脉血流和压力三维有限元建模的流出边界条件，计算方法应用机械工程，195，3776-3796（2006）·Zbl 1175.76098号
[104] 怀特，CH；Jansen，KE，使用分层基础求解不可压缩Navier-Stokes方程的稳定有限元方法，国际数值方法流体杂志，35，1，93-116（2001）·Zbl 0990.76048号
[105] Wild，S。；More，J.，《无导数优化算法基准测试》，SIAM J Optim，20，1，172-191（2009）·Zbl 1187.90319号
[106] Wilson，N。；王凯。；杜顿，R。；Taylor，CA，从医学成像数据中创建患者特定几何模型的软件框架，用于血管手术的基于仿真的医疗规划，Lect Notes Compute Sci，2208，449-456（2001）·Zbl 1041.68783号
[107] Wong K，Brown L，Coan J，White D（2014），多物理模拟系统的分布式互操作执行库（DIEL）。2014年：第15届并行和分布式计算、应用和技术国际会议。电气与电子工程师协会
[108] 杨伟（Yang，W.）。；JA范斯坦；Marsden，AL，Fontan手术在休息和锻炼时理想化Y形挡板的约束优化，Comput Methods Appl Mech Eng，1992135-2149（2010）·Zbl 1231.74357号
[109] 杨伟（Yang，W.）。；Vignon Clementel，爱尔兰；Troianowski，G。；雷迪，VM；JA范斯坦；Marsden，AL，《传统和新型y型移植物fontan几何形状的肝脏血流分布和性能：一项案例系列计算流体动力学研究》，《胸心血管外科杂志》，143，5，1086-1097（2012）
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。