Hyperactive

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AI 解读 由 AI 自动生成,仅供参考

Hyperactive 是一个专为 Python 设计的优化算法统一接口工具,旨在简化超参数调优、模型选择及黑盒优化实验的复杂流程。它巧妙地将“优化问题定义”与“具体算法执行”分离开来,让用户无需修改实验代码即可自由切换不同的优化策略,从而高效对比多种算法效果。

该工具主要解决了开发者在面对众多优化库时接口不统一、迁移成本高以及重复编写样板代码的痛点。无论是需要快速验证想法的机器学习工程师,还是致力于算法对比的研究人员,都能通过 Hyperactive 轻松上手。只需定义目标函数和搜索空间,即可立即运行实验。

其核心亮点在于集成了高达 31 种优化算法,涵盖局部搜索、全局搜索、基于种群及基于模型的各类方法,并统一封装了 GFO、Optuna 和 scikit-learn 三大主流后端。此外,Hyperactive 原生支持 scikit-learn、PyTorch、sktime 等流行框架,能够以极低的配置成本直接对机器学习模型进行调优。如果你希望在实验中灵活尝试不同优化器并关注结果而非底层实现细节,Hyperactive 将是一个得力的助手。

使用场景

某机器学习工程师正在为一家电商公司的销量预测模型寻找最优超参数组合,以应对复杂的非线性数据特征。

没有 Hyperactive 时

  • 算法切换成本极高:想对比随机搜索、贝叶斯优化和遗传算法的效果,需要分别学习 Optuna、scikit-optimize 等不同库的 API,反复重写实验代码。
  • 代码耦合严重:目标函数(模型训练逻辑)与具体的优化算法深度绑定,一旦更换策略,必须大幅修改核心业务逻辑,容易引入 Bug。
  • 试错效率低下:面对 31 种可用算法,手动集成和测试不同后端(如 GFO 或 sklearn)耗时数天,导致模型迭代周期被拉长。
  • 黑盒优化困难:对于非标准机器学习库的自定义目标函数,缺乏统一的接口来快速部署高效的全局搜索策略。

使用 Hyperactive 后

  • 统一接口一键切换:通过 Hyperactive 标准化的实验接口,仅需修改一行配置即可在 31 种算法间自由切换,无需触碰底层实验逻辑。
  • 关注点完全分离:将“定义搜索空间”与“选择优化器”解耦,工程师只需专注构建高质量的目标函数,算法调度交给 Hyperactive 自动处理。
  • 快速验证最佳策略:利用其内置的 GFO、Optuna 等三大后端支持,能在几小时内完成多算法并行基准测试,迅速锁定当前数据集的最优解法。
  • 无缝集成主流生态:直接调用原生集成的 scikit-learn 或 PyTorch 模块,极简配置即可启动复杂的黑盒优化任务,大幅降低接入门槛。

Hyperactive 通过统一接口消除了算法实现的碎片化,让开发者能以最低成本探索最广泛的优化策略,从而显著提升模型调优的效率与上限。

运行环境要求

操作系统
  • 未说明
GPU

未说明

内存

未说明

依赖
notes该工具是一个纯 Python 优化库,核心功能无特殊硬件要求。若使用 PyTorch、Optuna 等可选后端或集成,需自行安装对应依赖。支持通过 pip 安装额外组件(如 hyperactive[all_extras])。
python3.8+
numpy
scikit-learn (可选)
sktime (可选)
skpro (可选)
torch (可选)
optuna (可选)
Hyperactive hero image

快速开始

Hyperactive Logo


Python中用于优化算法和实验的统一接口。

测试 覆盖率


文档 主页 · 用户指南 · API参考 · 示例
本页内容 功能特性 · 示例 · 核心概念 · 引用


贝叶斯优化在Ackley函数上的应用

Hyperactive 提供了跨3个后端(GFO、Optuna、scikit-learn)的31种优化算法,可通过统一的基于实验的接口访问。该库将优化问题与算法分离,使您无需更改实验代码即可切换优化器。

专为超参数调优、模型选择和黑箱优化设计。与scikit-learn、sktime、skpro和PyTorch的原生集成,让您只需最少的设置即可调优机器学习模型。只需定义目标函数、指定搜索空间并运行即可。

LinkedIn Discord


安装

pip install hyperactive

PyPI Python版本

可选依赖
pip install hyperactive[sklearn-integration]  # scikit-learn集成
pip install hyperactive[sktime-integration]   # sktime/skpro集成
pip install hyperactive[all_extras]           # 包括Optuna在内的所有附加功能

核心特性

31种优化算法
包括局部、全局、群体和基于模型的方法,覆盖3个后端(GFO、Optuna、sklearn)。
实验抽象
清晰地分离优化对象(实验)和优化方法(算法)。
灵活的搜索空间
支持离散、连续及混合类型的参数。可用NumPy数组或列表定义搜索空间。
机器学习框架集成
原生支持scikit-learn、sktime、skpro和PyTorch,只需极少的代码改动。
多后端支持
通过统一的API使用GFO算法、Optuna采样器以及sklearn搜索方法。
稳定且经过测试
超过5年的开发历程,全面的测试覆盖,自2019年以来持续维护。

快速入门

import numpy as np
from hyperactive.opt.gfo import HillClimbing

# 定义目标函数(最大化)
def objective(params):
    x, y = params["x"], params["y"]
    return -(x**2 + y**2)  # 负抛物面,最优解在(0, 0)

# 定义搜索空间
search_space = {
    "x": np.arange(-5, 5, 0.1),
    "y": np.arange(-5, 5, 0.1),
}

# 运行优化
optimizer = HillClimbing(
    search_space=search_space,
    n_iter=100,
    experiment=objective,
)
best_params = optimizer.solve()

print(f"最佳参数:{best_params}")

输出:

最佳参数:{'x': 0.0, 'y': 0.0}

核心概念

Hyperactive 将你优化的 内容方式 分离。只需定义一次你的实验(目标函数)和搜索空间,即可在不修改代码的情况下自由切换优化器。统一的接口屏蔽了后端差异,使你可以专注于优化问题本身。

flowchart TB
    subgraph USER["你的代码"]
        direction LR
        F["def objective(params):<br/>    return score"]
        SP["search_space = {<br/>    'x': np.arange(...),<br/>    'y': [1, 2, 3]<br/>}"]
    end

    subgraph HYPER["Hyperactive"]
        direction TB
        OPT["优化器"]

        subgraph BACKENDS["后端"]
            GFO["GFO<br/>21种算法"]
            OPTUNA["Optuna<br/>8种算法"]
            SKL["sklearn<br/>2种算法"]
            MORE["...<br/>更多即将推出"]
        end

        OPT --> GFO
        OPT --> OPTUNA
        OPT --> SKL
        OPT --> MORE
    end

    subgraph OUT["输出"]
        BEST["best_params"]
    end

    F --> OPT
    SP --> OPT
    HYPER --> OUT

优化器:实现搜索策略(爬山法、贝叶斯优化、粒子群优化等)。

搜索空间:以 NumPy 数组或列表的形式定义有效的参数组合。

实验:你的目标函数,或内置的实验(如 SklearnCvExperiment 等)。

最佳参数:优化器返回使目标函数最大化的参数。


示例

Scikit-learn 超参数调优
from sklearn.svm import SVC
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.model_selection import train_test_split

from hyperactive.integrations.sklearn import OptCV
from hyperactive.opt.gfo import HillClimbing

# 加载数据
X, y = load_iris(return_X_y=True)
X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.2)

# 定义搜索空间和优化器
search_space = {"kernel": ["linear", "rbf"], "C": [1, 10, 100]}
optimizer = HillClimbing(search_space=search_space, n_iter=20)

# 创建调优后的估计器
tuned_svc = OptCV(SVC(), optimizer)
tuned_svc.fit(X_train, y_train)

print(f"最佳参数: {tuned_svc.best_params_}")
print(f"测试准确率: {tuned_svc.score(X_test, y_test):.3f}")
贝叶斯优化
import numpy as np
from hyperactive.opt.gfo import BayesianOptimizer

def ackley(params):
    x, y = params["x"], params["y"]
    return -(
        -20 * np.exp(-0.2 * np.sqrt(0.5 * (x**2 + y**2)))
        - np.exp(0.5 * (np.cos(2 * np.pi * x) + np.cos(2 * np.pi * y)))
        + np.e + 20
    )

search_space = {
    "x": np.arange(-5, 5, 0.01),
    "y": np.arange(-5, 5, 0.01),
}

optimizer = BayesianOptimizer(
    search_space=search_space,
    n_iter=50,
    experiment=ackley,
)
best_params = optimizer.solve()
粒子群优化
import numpy as np
from hyperactive.opt.gfo import ParticleSwarmOptimizer

def rastrigin(params):
    A = 10
    values = [params[f"x{i}"] for i in range(5)]
    return -sum(v**2 - A * np.cos(2 * np.pi * v) + A for v in values)

search_space = {f"x{i}": np.arange(-5.12, 5.12, 0.1) for i in range(5)}

optimizer = ParticleSwarmOptimizer(
    search_space=search_space,
    n_iter=500,
    experiment=rastrigin,
    population_size=20,
)
best_params = optimizer.solve()
使用 SklearnCvExperiment 进行实验抽象
import numpy as np
from sklearn.svm import SVC
from sklearn.datasets import load_iris
from sklearn.metrics import accuracy_score
from sklearn.model_selection import KFold

from hyperactive.experiment.integrations import SklearnCvExperiment
from hyperactive.opt.gfo import HillClimbing

X, y = load_iris(return_X_y=True)

# 创建可重用的实验
sklearn_exp = SklearnCvExperiment(
    estimator=SVC(),
    scoring=accuracy_score,
    cv=KFold(n_splits=3, shuffle=True),
    X=X,
    y=y,
)

search_space = {
    "C": np.logspace(-2, 2, num=10),
    "kernel": ["linear", "rbf"],
}

optimizer = HillClimbing(
    search_space=search_space,
    n_iter=100,
    experiment=sklearn_exp,
)
best_params = optimizer.solve()
Optuna 后端(TPE)
import numpy as np
from hyperactive.opt.optuna import TPEOptimizer

def objective(params):
    x, y = params["x"], params["y"]
    return -(x**2 + y**2)

search_space = {
    "x": np.arange(-5, 5, 0.1),
    "y": np.arange(-5, 5, 0.1),
}

optimizer = TPEOptimizer(
    search_space=search_space,
    n_iter=100,
    experiment=objective,
)
best_params = optimizer.solve()
使用 sktime 进行时间序列预测
from sktime.forecasting.naive import NaiveForecaster
from sktime.datasets import load_airline

from hyperactive.integrations.sktime import ForecastingOptCV
from hyperactive.opt.gfo import RandomSearch

y = load_airline()

search_space = {
    "strategy": ["last", "mean", "drift"],
    "sp": [1, 12],
}

optimizer = RandomSearch(search_space=search_space, n_iter=10)
tuned_forecaster = ForecastingOptCV(NaiveForecaster(), optimizer)
tuned_forecaster.fit(y)

print(f"最佳参数: {tuned_forecaster.best_params_}")
PyTorch 神经网络调优
import numpy as np
import torch
import torch.nn as nn
from torch.utils.data import DataLoader, TensorDataset
from hyperactive.opt.gfo import BayesianOptimizer

# 示例数据
X_train = torch.randn(1000, 10)
y_train = torch.randint(0, 2, (1000,))

def train_model(params):
    learning_rate = params["learning_rate"]
    batch_size = params["batch_size"]
    hidden_size = params["hidden_size"]

    model = nn.Sequential(
        nn.Linear(10, hidden_size),
        nn.ReLU(),
        nn.Linear(hidden_size, 2),
    )

    optimizer = torch.optim.Adam(model.parameters(), lr=learning_rate)
    criterion = nn.CrossEntropyLoss()
    loader = DataLoader(TensorDataset(X_train, y_train), batch_size=batch_size)

    model.train()
    for epoch in range(10):
        for X_batch, y_batch in loader:
            optimizer.zero_grad()
            loss = criterion(model(X_batch), y_batch)
            loss.backward()
            optimizer.step()

    # 返回验证准确率
    model.eval()
    with torch.no_grad():
        predictions = model(X_train).argmax(dim=1)
        accuracy = (predictions == y_train).float().mean().item()

    return accuracy

search_space = {
    "learning_rate": np.logspace(-5, -1, 20),
    "batch_size": [16, 32, 64, 128],
    "hidden_size": [64, 128, 256, 512],
}

optimizer = BayesianOptimizer(
    search_space=search_space,
    n_iter=30,
    experiment=train_model,
)
best_params = optimizer.solve()

生态系统

本库是优化与机器学习工具套件的一部分。如需了解这些包的最新动态,请在 GitHub 上关注。

包名 描述
Hyperactive 带有实验抽象和机器学习集成的超参数优化框架
Gradient-Free-Optimizers 用于黑箱函数优化的核心优化算法
Surfaces 用于评估优化算法的测试函数和基准曲面

文档

资源 描述
用户指南 全面的教程和说明
API 参考 完整的 API 文档
示例 包含用例的 Jupyter 笔记本
常见问题解答 常见问题及故障排除

贡献

欢迎贡献!请参阅 CONTRIBUTING.md 获取相关指南。


引用

如果您在研究中使用本软件,请引用以下内容:

@software{hyperactive2019,
  author = {Simon Blanke},
  title = {Hyperactive: A hyperparameter optimization and meta-learning toolbox},
  year = {2019},
  url = {https://github.com/SimonBlanke/Hyperactive},
}

许可证

MIT 许可证 - 可免费用于商业和学术用途。

版本历史

v5.0.42026/03/06
v5.0.32025/12/15
v5.0.22025/09/21
v5.0.02025/09/21
v4.8.02024/08/14
v4.7.02024/07/29
v4.6.02023/11/01
v4.5.02023/08/27
v4.4.02023/03/01
4.32022/11/18
v4.0.02021/12/01
v3.2.42021/07/07
v2.3.02020/07/16
v2.1.02020/07/16
v2.0.02020/07/16
v1.1.12019/10/08
v1.0.02019/09/25
v0.4.22019/09/09
v0.4.1.22019/07/31
v0.4.02019/07/23

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