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标题: EvoGP:基于GPU加速的树状遗传编程框架
标题: EvoGP: A GPU-accelerated Framework for Tree-based Genetic Programming
摘要: 基于树的遗传编程(TGP)是一种关键的进化算法,广泛用于符号回归、特征工程和科学建模。 其高计算需求使得GPU加速对于可扩展和高性能的进化计算至关重要。 然而,TGP的GPU加速面临三个关键挑战:树编码效率低下、遗传操作高度异构以及适应度评估中的并行性有限。 为了解决这些挑战,我们引入了EvoGP,这是一个全面的GPU加速TGP框架。 首先,我们设计了一种张量化编码方案,将不同结构的树表示为具有相同形状的张量,优化内存访问并实现高效的并行执行。 其次,我们通过利用共享的计算原语,提出了一种统一的并行框架来处理遗传操作,并实现了专用的CUDA内核以实现可扩展的性能。 第三,我们提出了一种完全并行的符号回归适应度评估策略,利用种群级和数据级并行性以最大化GPU利用率。 此外,我们实现了一个全面的库,提供丰富的算法算子和基准问题。 EvoGP在各种任务上进行了广泛测试,包括符号回归、分类和机器人控制,展示了其在多种应用场景中的多样性和有效性。 实验结果表明,EvoGP在最先进的基于GPU的TGP实现上实现了高达140.89倍的速度提升,同时保持或超过了基线方法的准确性。 EvoGP是开源的,可在以下地址获取:https://github.com/EMI-Group/evogp。
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