• 模拟退火算法


    参考博客:http://www.cnblogs.com/heaad/archive/2010/12/20/1911614.html

    引入:

    爬山算法:这是一种简单的贪心搜索算法,该算法每次从当前解的临近解空间中选择一个最优解作为当前解,直到达到一个局部最优解。

             爬山算法实现很简单,其主要缺点是会陷入局部最优解,而不一定能搜索到全局最优解。如图1所示:假设C点为当前解,爬山算法搜索到A点这个局部最优解就会停止搜索,因为在A点无论向那个方向小幅度移动都不能得到更优的解。有人会说遍历所有解空间不就可以吗,但是通常情况我们会碰到解空间比较大,解十分密集,这样我们就无法快速的获得一个最优解,所以爬山法找到了一个局部最优解就将它设为最优解。


    模拟退火算法:

    爬山法是完完全全的贪心法,每次都鼠目寸光的选择一个当前最优解,因此只能搜索到局部的最优值。模拟退火其实也是一种贪心算法,但是它的搜索过程引入了随机因素。模拟退火算法以一定的概率来接受一个比当前解要差的解,因此有可能会跳出这个局部的最优解,达到全局的最优解。以图1为例,模拟退火算法在搜索到局部最优解A后,会以一定的概率接受到E的移动。也许经过几次这样的不是局部最优的移动后会到达D点,于是就跳出了局部最大值A。

             模拟退火算法描述:(ps:这里的解空间我认为应该是在某个随机解的邻域寻找,而不是每个新解都随机赋,具体看伪代码)

             若J( Y(i+1) )>= J( Y(i) )  (即移动后得到更优解),则总是接受该移动

             若J( Y(i+1) )< J( Y(i) )  (即移动后的解比当前解要差),则以一定的概率接受移动,而且这个概率随着时间推移逐渐降低(逐渐降低才能趋向稳定)

      这里的“一定的概率”的计算参考了金属冶炼的退火过程,这也是模拟退火算法名称的由来。

      根据热力学的原理,在温度为T时,出现能量差为dE的降温的概率为P(dE),表示为:

        P(dE) = exp( dE/(kT) )

      其中k是一个常数,exp表示自然指数,且dE<0。这条公式说白了就是:温度越高,出现一次能量差为dE的降温的概率就越大;温度越低,则出现降温的概率就越小。又由于dE总是小于0(否则就不叫退火了),因此dE/kT < 0 ,所以P(dE)的函数取值范围是(0,1) 。

      随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。

      我们将一次向较差解的移动看做一次温度跳变过程,我们以概率P(dE)来接受这样的移动。

     关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:

      爬山算法:兔子朝着比现在高的地方跳去。它找到了不远处的最高山峰。但是这座山不一定是珠穆朗玛峰。这就是爬山算法,它不能保证局部最优值就是全局最优值。

      模拟退火:兔子喝醉了。它随机地跳了很长时间。这期间,它可能走向高处,也可能踏入平地。但是,它渐渐清醒了并朝最高方向跳去。这就是模拟退火。(有一定概率能跳到最高的山峰)

    退火算法伪代码:

    /*
    * J(y):在状态y时的评价函数值
    * Y(i):表示当前状态
    * Y(i+1):表示新的状态
    * r: 用于控制降温的快慢
    * T: 系统的温度,系统初始应该要处于一个高温的状态
    * T_min :温度的下限,若温度T达到T_min,则停止搜索
    */
    while( T > T_min )
    {
         for(int i=0;i<1000;i++) //退火次数1000次即从T的邻域的一千个解中寻找最优解,这个地方可以不用从领域找,只不过这样概率就大了。
        {
           dE = J( Y(i+1) ) - J( Y(i) ) ;
          if ( dE >=0 ) //表达移动后得到更优解,则总是接受移动
                   Y(i+1)= Y(i) ; //接受从Y(i)到Y(i+1)的移动
          else
         {
              // 函数exp( dE/T )的取值范围是(0,1) ,dE/T越大,则exp( dE/T )也
               if ( exp( dE/T ) > random( 0 , 1 ) )
               Y(i+1) = Y(i) ; //接受从Y(i)到Y(i+1)的移动
          }
         }
      T = r * T ; //降温退火 ,0<r<1 。r越大,降温越慢;r越小,降温越快
      /*
      * 若r过大,则搜索到全局最优解的可能会较高,但搜索的过程也就较长。若r过小,则搜索的过程会很快,但最终可能会达到一个局部最优值
      */
    }
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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/ISGuXing/p/9007184.html
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