1. 研究了max-cut问题的图结构 对 QAOA参数空间的能量景观 的影响。简而言之:当p=1,每一条边都会在能量景观的\gamma截面中对应一个简谐波,频率正比于边的权重,振幅由局部的图结构(在公式中表现为邻边的余弦乘积)决定。当某一条边权重过大,且邻边较少时,会产生一个振幅频率都大的波,将整个能量景观切割为很多块,导致优化算法无法跳出单独一块区域,搜索到全局的最优点。这解释了我之前的实验中,某些图表现很差的原因。
2. 受1启发,我随机生成了一些图,构建p=1时的QAOA算子,对算子做傅里叶分析,筛选出低频波振幅远大于高频波的图。我认为对这些图运行QAOA算法时会更容易得到较好的结果。但暂时无法验证是否正确。
3. 在之前的周报中我提到,在QAOA中使用贝叶斯优化能相比原始优化方法更好,因为贝叶斯优化能探索多个初始点,利用更多信息。但是这周我尝试将 贝叶斯优化 替换为 差分进化(differential evolution) 算法。实验结果,期望割值由15~16提高到17~18,在理想条件(无噪声+StateVector精确模拟+更多次迭代)下能达到21, 更加逼近理论最大割值24. 并且测得最大割方案的概率由0.07上升至0.14(理想0.33)。差分进化效果远好于贝叶斯优化。随后我找到Restricted Global Optimization for QAOA这篇文章,这篇文章认为qaoa必须采用“全局优化”而不是“局部优化”,一定程度解释了 差分进化 为什么相比 贝叶斯优化 更适合QAOA算法。贝叶斯优化虽然能利用全局信息,但是仍然不能跳出局部最小值,但是差分进化有跳出机制。
4. 上一点中 差分进化 在理想条件中的效果,已经符合预期。但是在限定40次迭代次数的条件下还是和理想条件差很多,下一周我会微调差分进化的超参,希望能加快优化速度,使有限迭代次数的QAOA尽量接近理想条件。我在1中提到能量景观由频率为边权重的简谐波构成,那么直观上,如果我希望优化算法从一个谷底直接跳到另一个谷底,\gamma参数的跳跃距离应该与简谐波的波长有关,这是可能的优化方向。
* 这次的周报写的很长,因为我偶然发现deepseek从学者网上爬到了我之前的周报,然后又把这个内容当作论据告诉我。我写的详细一点,或许会有人从中得到帮助。