1. 簡介

什麼是 EvoX？

EvoX 是一個開源的演化計算函式庫，主要用於解決各種複雜的最佳化問題。演化計算是一類模擬自然演化來搜尋最優解的演算法，包括遺傳演算法（GA）、演化策略（ES）、粒子群最佳化（PSO）等。

傳統的演化框架常常受限於計算資源和程式設計模型，在處理大規模問題時效率不高。EvoX 透過結合 GPU 加速和分散式計算來克服這些挑戰，提供高效且可擴展的解決方案，讓使用者能在複雜的搜尋空間中更快地找到更好的解。

EvoX 的主要特點

• 模組化架構：EvoX 將最佳化過程分解為獨立的模組：演算法（Algorithm）、問題（Problem）、監控器（Monitor）和工作流程（Workflow）。使用者無需擔心底層的平行實作——EvoX 會自動利用硬體來提升效能。
• 分散式執行：EvoX 支援多 GPU 甚至多節點的分散式執行。相同的程式碼可以在單機上執行，也可以擴展到 GPU 叢集，幾乎不需要額外的平行程式設計工作。這意味著您的最佳化任務可以輕鬆地從筆記型電腦擴展到伺服器叢集環境。
• 函數式程式設計介面：EvoX 提供與數學模型緊密對應的函數式程式設計介面。核心演算法以無副作用的純函數實作，簡化了平行化和除錯。使用者只需按照框架定義的要求實作所需的函數，無需手動管理複雜的演算法狀態。
• 視覺化與監控：EvoX 包含豐富的視覺化工具和監控模組，可即時追蹤演化過程。它使用專用的 .exv 資料格式進行高效的串流和最佳化資料記錄，並提供使用者友善的視覺化模組來繪製收斂曲線等。這些工具讓使用者能直觀地了解演算法的效能和收斂狀態。
• 豐富的演算法和問題庫：EvoX 包含超過 50 種單目標和多目標演化演算法，以及超過 100 個基準最佳化問題。無論是經典的函數最佳化、複雜的工程挑戰，還是超參數最佳化（HPO）和神經演化等機器學習任務，EvoX 都提供了開箱即用的演算法和問題介面。

使用場景

得益於上述特點，EvoX 特別適合以下場景：

• 大規模參數最佳化：對於高維度、大搜尋空間的問題，EvoX 基於 GPU 的平行計算和高效演算法可以顯著縮短求解時間。例如最佳化神經網路權重或設計複雜系統參數——EvoX 都能加速這個過程。
• 多目標最佳化：當您需要同時最佳化多個（通常相互衝突的）目標時——例如在工程設計中平衡成本和效能——EvoX 包含多種多目標演化演算法（如 NSGA-II、RVEA 等）來搜尋 Pareto 最優集。
• 超參數最佳化（HPO）：為機器學習模型搜尋最佳超參數組合可能非常耗時。EvoX 允許使用演化策略來高效搜尋超參數配置，通常比網格搜尋或隨機搜尋更快地找到更好的解。
• 強化學習與神經演化：EvoX 原生支援強化學習環境（如 OpenAI Gym 和 Google Brax）以及深度學習資料集（如 CIFAR-10）。這使得使用者可以使用演化演算法來訓練控制策略或神經網路架構（即神經演化）——例如使用遺傳演算法來最佳化強化學習策略參數。
• 學術研究與工程應用：對於演化演算法的研究人員，EvoX 提供了一個高度靈活的平台來實作和測試新方法。對於工程最佳化任務（如調整工業製程參數或調節控制系統），EvoX 提供了高效能的求解器，可以在合理的時間內獲得近似最優解。

總而言之，EvoX 適用於任何需要快速探索大型解空間的最佳化任務，只要該任務可以在 GPU 上大規模平行化。無論您是 AI 研究人員還是面臨複雜最佳化問題的工程開發人員，EvoX 都是提升求解效率的強大工具。

提示： EvoX 可以在多種 GPU 裝置上執行，包括 NVIDIA GPU 和 AMD GPU，甚至是 Mac 中的 GPU。