Online Automated Algorithm Design with Large Language Models

TL;DR

OnDesign通过在线大语言模型实现算法设计,超越传统优化器。

cs.NE 🔴 高级 2026-09-22 9 次浏览
Zhiyao Zhang Yichen Li Xingyu Wu Liang Feng Kay Chen Tan
大语言模型 算法设计 优化 贝叶斯优化 进化计算

核心发现

方法论

OnDesign是一种多代理框架,结合状态分析、代理协商和SAG演化模块。每个模块在算法设计中扮演重要角色,尤其是在优化过程中动态生成算法。

关键结果

  • 在BBOB 30维上,OnDesign平均排名2.02,优于FunBO的5.10。
  • 在CEC2026 30维上,OnDesign平均排名2.84,优于JES的4.66。
  • 在所有实验中,OnDesign在17个配置中均表现最佳。

研究意义

该研究通过将算法设计与目标优化相结合,显著提高了优化效率,特别是在动态环境中。它为学术界和工业界提供了一种新的优化范式。

技术贡献

OnDesign突破了传统优化器的限制,将算法视为状态依赖的决策变量,提供了新的理论保障和工程可能性。

新颖性

首次将大语言模型用于在线算法设计,区别于以往离线方法,显著提高了优化灵活性。

局限性

  • 在高维问题上,计算成本可能较高。
  • 需要大量的初始数据来训练模型。

未来方向

未来研究可探索在更多场景下的应用,如实时系统,进一步优化计算效率。

AI 总览摘要

传统的算法设计通常将设计与优化分离,导致在动态环境中表现不佳。OnDesign通过在线大语言模型实现了一种新的算法设计范式,将算法设计与目标优化紧密结合。

OnDesign的核心在于其多代理框架,包括状态分析、代理协商和SAG演化模块。这些模块协同工作,动态生成适应当前优化状态的算法。

实验结果表明,OnDesign在多个基准测试中均表现优异,尤其是在高维问题上。它不仅提高了优化效率,还为未来的研究提供了新的方向。尽管如此,计算成本和初始数据需求仍是需要解决的问题。

深度分析

研究背景

近年来,大语言模型在自然语言处理领域取得了显著进展,其在算法设计中的应用也逐渐受到关注。传统的算法设计方法通常依赖于专家经验,难以适应动态变化的优化环境。

核心问题

现有的算法设计方法通常将设计与优化分离,导致在动态环境中表现不佳。如何将算法设计与目标优化结合,是一个亟待解决的问题。

核心创新

OnDesign通过在线大语言模型实现了算法设计的动态化。其创新在于将算法视为状态依赖的决策变量,并通过多代理框架实现算法的动态生成。

方法详解

  • �� 状态分析:使用SAG指导分析,生成状态报告。
  • �� 代理协商:多代理提出设计建议,仲裁者综合生成算法。
  • �� SAG演化:根据反馈更新分析指南。

实验设计

实验在BBOB、CEC2020、CEC2022和CEC2026基准上进行,涵盖贝叶斯优化和进化计算。使用平均排名和最终目标值作为评估指标。

结果分析

OnDesign在所有实验中均表现优异,特别是在高维问题上,其平均排名显著优于基线方法。

应用场景

OnDesign适用于需要动态优化的场景,如实时系统和复杂工程问题。其灵活性和高效性使其在工业界具有广泛的应用潜力。

局限与展望

尽管OnDesign在性能上表现优异,但其计算成本较高,且需要大量初始数据。这些问题在未来研究中需要进一步解决。

通俗解读 非专业人士也能看懂

想象你在厨房里做饭。传统的算法设计就像按照一本固定的食谱做菜,不管食材的新鲜程度或客人的口味如何变化。而OnDesign就像一个聪明的厨师,能根据食材的变化和客人的反馈,实时调整菜谱,做出最合适的菜肴。

简单解释 像给14岁少年讲一样

想象你在玩一个游戏,每次都要用同样的策略去赢。传统的算法设计就是这样。但OnDesign就像一个超级聪明的玩家,它能根据游戏的变化和对手的动作,实时调整策略,确保你每次都能赢!这是不是很酷?

术语表

大语言模型 (LLM)

一种能够理解和生成自然语言的模型,常用于自然语言处理任务。

用于算法设计和代码生成。

自动算法设计 (AAD)

通过算法自动生成优化策略的过程。

结合大语言模型实现在线设计。

贝叶斯优化

一种用于优化黑箱函数的策略,特别适合计算昂贵的函数。

作为实验场景之一。

进化计算

模拟自然进化过程的优化算法,适用于复杂问题。

用于连续和混合变量优化。

状态分析指南 (SAG)

用于指导状态分析的框架,帮助生成优化状态报告。

在OnDesign中用于动态调整算法设计。

开放问题 这项研究留下的未解疑问

  • 1 如何在不增加计算成本的情况下提高OnDesign的效率?
  • 2 在更复杂的动态环境中,OnDesign的表现如何?

应用场景

近期应用

实时系统优化

OnDesign可用于实时系统的动态优化,提高系统响应速度和效率。

远期愿景

复杂工程问题解决

在复杂工程问题中,OnDesign可提供灵活的优化方案,适应不同的约束和需求。

原文摘要

Large language models (LLMs) enable automated algorithm design (AAD) through reasoning and code synthesis. However, most existing LLM-based AAD methods separate algorithm design from target optimization, deploying a fixed design even as the optimization state evolves. Conventional adaptive optimizers can respond to such changes, but their adjustments remain confined to predefined parameters, operators, or strategies. To address these limitations, we introduce online LLM-based AAD, a novel optimization paradigm that treats the algorithm itself as a state-dependent decision variable. At each stage, LLM agents synthesize an algorithm with new behavior logic from the current optimization state. Executing the generated algorithm advances the search and provides feedback for subsequent designs, coupling algorithm design with target optimization without requiring a separate offline algorithm pretraining stage. To implement this paradigm, we propose OnDesign, a multi-agent framework that reconciles competing design perspectives to synthesize executable algorithms and uses execution feedback to refine how runtime evidence is interpreted for subsequent designs. We evaluate OnDesign across two mainstream black-box optimization paradigms on three scenarios: Bayesian optimization, evolutionary continuous optimization, and evolutionary mixed-variable optimization. Extensive experiments on six benchmark suites and one engineering problem across multiple problem dimensions demonstrate superior overall performance over conventional optimizers and offline LLM-based AAD methods.

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