はじめに ===================== PHYSBO とは ---------------------- PHYSBO(optimization tool for PHYSics based on Bayesian Optimization)は、高速でスケーラブルなベイズ最適化 (Bayesian optimization) のためのPythonライブラリです。 COMBO(COMmon Baysian Optimization)をもとに、主に物性分野の研究者をターゲットに開発されました。 物理、化学、材料分野において、データ駆動的な実験計画アルゴリズムによって科学的発見を加速する、という試みが多く行われています。 ベイズ最適化は、このような科学的発見を加速するために有効なツールです。 ベイズ最適化は、複雑なシミュレーションや、実世界における実験タスクなど、目的関数値（特性値など）の評価に大きなコストがかかるような場合に利用できる手法です。つまり、「できるだけ少ない実験・シミュレーション回数でより良い目的関数値（材料特性など）を持つパラメータ（材料の組成、構造、プロセスやシミュレーションパラメータなど）を見つけ出す」ことが、ベイズ最適化によって解かれる問題です。ベイズ最適化では、探索するパラメータの候補をあらかじめリストアップし、候補の中から目的関数値が最大と考えられる候補を機械学習（ガウス過程回帰を利用）による予測をうまく利用することで選定します。その候補に対して実験・シミュレーションを行い目的関数値を評価します。機械学習による選定・実験シミュレーションによる評価を繰り返すことにより、少ない回数での最適化が可能となります。 一方で、一般的にベイズ最適化は計算コストが高く、scikit-learn 等のスタンダードな実装では、多くのデータを扱うことが困難です。 PHYSBOでは以下の特徴により、高いスケーラビリティを実現しています。 * Thompson Sampling * random feature map * one-rank Cholesky update * automatic hyperparameter tuning 技術的な詳細については、`こちらの文献 `_ を参照して下さい。 PHYSBO の引用 ---------------------- PHYSBOを引用する際には、以下の文献を引用してください、 Yuichi Motoyama, Ryo Tamura, Kazuyoshi Yoshimi, Kei Terayama, Tsuyoshi Ueno, Koji Tsuda, Bayesian optimization package: PHYSBO, Computer Physics Communications Volume 278, September 2022, 108405. Available from https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010465522001242?via%3Dihub (open access). Bibtexは以下の通りです。 :: @misc{@article{MOTOYAMA2022108405, title = {Bayesian optimization package: PHYSBO}, journal = {Computer Physics Communications}, volume = {278}, pages = {108405}, year = {2022}, issn = {0010-4655}, doi = {https://doi.org/10.1016/j.cpc.2022.108405}, author = {Yuichi Motoyama and Ryo Tamura and Kazuyoshi Yoshimi and Kei Terayama and Tsuyoshi Ueno and Koji Tsuda}, keywords = {Bayesian optimization, Multi-objective optimization, Materials screening, Effective model estimation} } 主な開発者 ---------------------- - ver. 1.0- - 田村 亮 (物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点) - 寺山 慧 (横浜市立大学大学院 生命医科学研究科) - 津田 宏治 (東京大学大学院 新領域創成科学研究科) - 植野 剛 (株式会社 Magne-Max Capital Management) - 本山 裕一 (東京大学 物性研究所) - 吉見 一慶 (東京大学 物性研究所) - 川島 直輝 (東京大学 物性研究所) - ver. 0.1-0.3 - 田村 亮 (物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点) - 寺山 慧 (横浜市立大学大学院 生命医科学研究科) - 津田 宏治 (東京大学大学院 新領域創成科学研究科) - 本山 裕一 (東京大学 物性研究所) - 吉見 一慶 (東京大学 物性研究所) - 川島 直輝 (東京大学 物性研究所) ライセンス ---------------------- | 本ソフトウェアのプログラムパッケージおよびソースコード一式はGNU General Public License version 3（GPL v3）に準じて配布されています。 Copyright (c) <2020-> The University of Tokyo. All rights reserved. 本ソフトウェアは2020年度 東京大学物性研究所 ソフトウェア高度化プロジェクトの支援を受け開発されました。