Hybrid Genetic Optimisation for Quantum Feature Map Design

特征(语言学) 核(代数) 计算机科学 特征向量 模式识别(心理学) 遗传算法 人工智能 支持向量机 k-最近邻算法 核方法 算法 数学 机器学习 语言学 组合数学 哲学
作者
Rowan Pellow-Jarman,Anban Pillay,Ilya Sinayskiy,Francesco Petruccione
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2302.02980
摘要

Kernel methods are an important class of techniques in machine learning. To be effective, good feature maps are crucial for mapping non-linearly separable input data into a higher dimensional (feature) space, thus allowing the data to be linearly separable in feature space. Previous work has shown that quantum feature map design can be automated for a given dataset using NSGA-II, a genetic algorithm, while both minimizing circuit size and maximizing classification accuracy. However, the evaluation of the accuracy achieved by a candidate feature map is costly. In this work, we demonstrate the suitability of kernel-target alignment as a substitute for accuracy in genetic algorithm-based quantum feature map design. Kernel-target alignment is faster to evaluate than accuracy and doesn't require some data points to be reserved for its evaluation. To further accelerate the evaluation of genetic fitness, we provide a method to approximate kernel-target alignment. To improve kernel-target alignment and root mean squared error, the final trainable parameters of the generated circuits are further trained using COBYLA to determine whether a hybrid approach applying conventional circuit parameter training can easily complement the genetic structure optimization approach. A total of eight new approaches are compared to the original across nine varied binary classification problems from the UCI machine learning repository, showing that kernel-target alignment and its approximation produce feature map circuits enabling comparable accuracy to the previous work but with larger margins on training data (in excess of 20\% larger) that improve further with circuit parameter training.
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