A Memetic Algorithm based on Variational Autoencoder for Black-Box Discrete Optimization with Epistasis among Parameters

作者
A Kato,Kenta Kojima,Masahiro Nomura,Isao Ono
出处
期刊: 卷期号:: 1-4 被引量:1
标识
DOI:10.1109/cec65147.2025.11042948
摘要

Black-box discrete optimization (BB-DO) problems arise in many real-world applications, such as neural architecture search and mathematical model estimation. A key challenge in BB-DO is epistasis among parameters where multiple variables must be modified simultaneously to effectively improve the objective function. Estimation of Distribution Algorithms (EDAs) provide a powerful framework for tackling BB-DO problems. In particular, an EDA leveraging a Variational Autoencoder (VAE) has demonstrated strong performance on relatively low-dimensional problems with epistasis while reducing computational cost. Meanwhile, evolutionary algorithms such as DSMGA-II and P3, which integrate bit-flip-based local search with linkage learning, have shown excellent performance on high-dimensional problems. In this study, we propose a new memetic algorithm that combines VAE-based sampling with local search. The proposed method inherits the strengths of both VAE-based EDAs and local search-based approaches: it effectively handles high-dimensional problems with epistasis among parameters without incurring excessive computational overhead. Experiments on NK landscapes―a challenging benchmark for BB-DO involving epistasis among parameters―demonstrate that our method outperforms state-of-the-art VAE-based EDA methods, as well as leading approaches such as P3 and DSMGA-II.

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