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标题: 模拟退火算法 [打印本页]
作者: 下沙小僧    时间: 2014-8-21 23:45
标题: 模拟退火算法
[p=272, null, left]模拟退火算法


, P- T6 u: `; c: X4 A+ s# ~
1 j+ @& t7 B( |7 r# }1 X3 \/ o) @9 s
2 N3 @, O6 d. B[p=197, null, left]模拟退火算法来源于固体退火原理，

[p=197, null, left]将固体加温至充

[p=197, null, left]分高，再让其徐徐冷却，加温时，固体内部粒子随温升变

[p=197, null, left]为无序状，内能增大，而徐徐冷却时粒子渐趋有序，在每

[p=197, null, left]个温度都达到平衡态，最后在常温时达到基态，内能减为

[p=197, null, left]最小。根据

[p=197, null, left][size=197px]Metropolis

[p=197, null, left]准则，粒子在温度

[p=197, null, left][size=197px]T

[p=197, null, left]时趋于平衡

[p=197, null, left]的概率为

[p=197, null, left][size=197px]e-

[p=197, null, left][size=197px]Δ

[p=197, null, left][size=197px]E/(kT)

[p=197, null, left]，其中

[p=197, null, left][size=197px]E

[p=197, null, left]为温度

[p=197, null, left][size=197px]T

[p=197, null, left]时的内能，

[p=197, null, left][size=197px]Δ

[p=197, null, left][size=197px]E

[p=197, null, left]为

[p=197, null, left]其改变量，

[p=197, null, left][size=197px]k

[p=197, null, left]为

[p=197, null, left][size=197px]Boltzmann

[p=197, null, left]常数。用固体退火模拟组合优

[p=197, null, left]化问题，将内能

[p=197, null, left][size=197px]E

[p=197, null, left]模拟为目标函数值

[p=197, null, left][size=197px]f

[p=197, null, left]，温度

[p=197, null, left][size=197px]T

[p=197, null, left]演化成控

[p=197, null, left]制参数

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left]，即得到解组合优化问题的模拟退火算法：由初

[p=197, null, left]始解

[p=197, null, left][size=197px]i

[p=197, null, left]和控制参数初值

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left]开始，

[p=197, null, left]对当前解重复

[p=197, null, left][size=197px]“

[p=197, null, left]产生新解

[p=197, null, left][size=197px]→

[p=197, null, left]计算目标函数差

[p=197, null, left][size=197px]→

[p=197, null, left]接受或舍弃

[p=197, null, left][size=197px]”

[p=197, null, left]的迭代，并逐步衰减

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left]值，

[p=197, null, left]算法终止时的当前解即为所得近似最优解，

[p=197, null, left]这是基于蒙特

[p=197, null, left]卡罗迭代求解法的一种启发式随机搜索过程。

[p=197, null, left]退火过程由

[p=197, null, left]冷却进度表

[p=197, null, left][size=197px](Cooling Schedule)

[p=197, null, left]控制，包括控制参数的初

[p=197, null, left]值

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left]及其衰减因子

[p=197, null, left][size=197px]Δ

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left]、每个

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left]值时的迭代次数

[p=197, null, left][size=197px]L

[p=197, null, left]和停止条

[p=197, null, left]件

[p=197, null, left][size=197px]S

[p=197, null, left]。

( |! V) i2 L% i5 W

) |1 h( Y" I; ~" O6 ~$ I7 ?# c7 k! H& }/ Q; j* f6 L
[p=197, null, left]模拟退火算法可以分解为解空间、

[p=197, null, left]目标函数和初始解

[p=197, null, left]三部分。


8 |0 B' y( L" w0 z7 K% e! v& Y$ U3 }2 l7 q0 X  M3 w/ o0 I8 p
- c2 ^! @" C( Q1 U( J! e& J  b) O
[p=197, null, left]模拟退火的基本思想

[p=197, null, left][size=197px]:


8 ^  W8 k6 E' \$ q7 L  k: w: u- Q: \& d% B1 n* A. v: y( t) U+ O5 F
[p=197, null, left][size=197px](1)

[p=197, null, left]初始化：初始温度

[p=197, null, left][size=197px]T(

[p=197, null, left]充分大

[p=197, null, left][size=197px])

[p=197, null, left]，初始解状态

[p=197, null, left][size=197px]S(

[p=197, null, left]是

[p=197, null, left]算法迭代的起点

[p=197, null, left][size=197px])

[p=197, null, left]，

, I' O: _: [) s' l% q1 h2 h" S: X
[p=197, null, left]每个

[p=197, null, left][size=197px]T

[p=197, null, left]值的迭代次数

[p=197, null, left][size=197px]L


8 T$ X( }5 m, Q
; S) G/ C! y# x+ m* T) x( x& i% |; Q, F8 b9 h7 g( u" M9 [
% M) A( }+ `8 e3 @" A* p

( T7 s0 S/ K) M* G4 q$ z+ a, q7 P! l* T7 R5 p5 k( w6 _
* ^5 B. V. k/ I- {! L% `7 {5 z

$ n" _' v# J- P/ B2014全国一级建造师资格考试备考资料真题集锦建筑工程经济 建筑工程项目管理 建筑工程法规 专业工程管理与实务  R/ A( q2 E1 M  V
- h" j2 b6 v8 Z

4 `5 M& I% U- A# }
/ F7 i- c! c/ Y2 A
! r: H- F9 K$ u! h" q/ z
6 D& l& Q; P% y8 f% ^; {% @
  R* p9 Q" W; a0 v- q  c  e+ M
+ K2 ^( l: A4 ?7 k- P4 W/ G[p=197, null, left][size=197px](2)

[p=197, null, left][size=197px]对

[p=197, null, left][size=197px]k=1

[p=197, null, left][size=197px]，

[p=197, null, left][size=197px]……

[p=197, null, left][size=197px]，

[p=197, null, left][size=197px]L

[p=197, null, left][size=197px]做第

[p=197, null, left][size=197px](3)

[p=197, null, left][size=197px]至第

[p=197, null, left][size=197px]6

[p=197, null, left][size=197px]步：

" ~2 Q  S6 N+ p. o% o0 f3 N* m

; ?9 x& X3 K, R1 G9 h# o9 C/ f1 A
[p=197, null, left][size=197px](3)

[p=197, null, left][size=197px]产生新解

[p=197, null, left][size=197px]S

[p=197, null, left][size=197px]′


2 c, i1 L7 j% s( g# e) }4 y9 T6 q2 w$ e7 q: E+ a' m9 S

3 f2 V& p0 H& R# A8 @8 |+ R[p=197, null, left][size=197px](4)

[p=197, null, left][size=197px]计算增量

[p=197, null, left][size=197px]Δ

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left][size=197px]′

[p=197, null, left][size=197px]=C(S

[p=197, null, left][size=197px]′

[p=197, null, left][size=197px])-C(S)

[p=197, null, left][size=197px]，其中

[p=197, null, left][size=197px]C(S)

[p=197, null, left][size=197px]为评价函数


7 E( b7 e! N! W3 d  E- M& ^) i5 ?3 a0 T

8 |6 c2 C* A/ F7 {6 S5 }, N) U0 m[p=197, null, left][size=197px](5)

[p=197, null, left][size=197px]若

[p=197, null, left][size=197px]Δ

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left][size=197px]′

[p=197, null, left][size=197px]<0

[p=197, null, left][size=197px]则接受

[p=197, null, left][size=197px]S

[p=197, null, left][size=197px]′

[p=197, null, left][size=197px]作为新的当前解，否则以概率

[p=210, null, left][size=197px]exp(-

[p=210, null, left][size=197px]Δ

[p=210, null, left][size=197px]t

[p=210, null, left][size=197px]′

[p=210, null, left][size=197px]/T)

[p=210, null, left][size=197px]接受

[p=210, null, left][size=197px]S

[p=210, null, left][size=197px]′

[p=210, null, left][size=197px]作为新的当前解

[p=210, null, left][size=197px].


! \% `. a5 O! j: f. K( ^. j
1 ^* N0 u" b7 Q4 ~$ h: U9 S[p=197, null, left][size=197px](6)

[p=197, null, left][size=197px]如果满足终止条件则输出当前解作为最优解，结

[p=197, null, left][size=197px]束程序。


# A& n: T- c# D
6 K; n* C0 `! n+ r
* T: Y4 H8 i% X' K, D8 z[p=197, null, left][size=197px]终止条件通常取为连续若干个新解都没有被接受时

[p=197, null, left][size=197px]终止算法。

- P2 G! x- Y- U) v
& _/ u1 b# R( N& \  }1 Q+ {* m" m

7 e8 C$ l) N8 b( N* b" [[p=197, null, left][size=197px](7) T

[p=197, null, left][size=197px]逐渐减少，且

[p=197, null, left][size=197px]T->0

[p=197, null, left][size=197px]，然后转第

[p=197, null, left][size=197px]2

[p=197, null, left][size=197px]步。


$ T4 Z( v( @0 J1 I) q! F$ d; [; S( N. Q  U

$ e  V6 X7 D6 {! c; [[p=197, null, left][size=197px]模拟退火算法新解的产生和接受可分为如下四个步

[p=197, null, left][size=197px]骤：

. E5 `; d# U* K$ a8 p

, P! Q8 p1 s' m7 ^8 L, `/ \9 P2 V1 C, ]# b
[p=197, null, left][size=197px]第一步是由一个产生函数从当前解产生一个位于解

[p=197, null, left][size=197px]空间的新解；为便于后续的计算和接受，减少算法耗时，

[p=197, null, left][size=197px]通常选择由当前新解经过简单地变换即可产生新解的方

[p=197, null, left][size=197px]法，如对构成新解的全部或部分元素进行置换、互换等，

[p=197, null, left][size=197px]注意到产生新解的变换方法决定了当前新解的邻域结构，

[p=197, null, left][size=197px]因而对冷却进度表的选取有一定的影响。

' D8 S# o; d& ^

$ }2 l; H! K2 l4 L  G6 C3 x
+ V- ^! N5 h# D* E, R. Z, S6 s[p=197, null, left][size=197px]第二步是计算与新解所对应的目标函数差。

[p=197, null, left][size=197px]因为目标

[p=197, null, left][size=197px]函数差仅由变换部分产生，

[p=197, null, left][size=197px]所以目标函数差的计算最好按

[p=197, null, left][size=197px]增量计算。事实表明，对大多数应用而言，这是计算目标

[p=197, null, left][size=197px]函数差的最快方法。

. U5 F5 @: r8 v+ R) [4 v( [0 D
# S- S6 K4 @, ?9 R, f; }: F$ X( Z
7 h" u: m- r+ ?# f4 |- ~

& _: D% W8 E( w4 @. W, C) N; z" d+ I! q" w4 B$ f. b5 I' U2 p# i/ `

% r2 j+ I  z% |) S3 t+ B" `" Z
  x1 a( ^% K& Y8 L
8 ~4 J, H& m1 m6 o) y3 ?$ L
5 `- X! q- L) r
- i/ V" ~5 y0 ]9 p* G+ }
* S' n- D. v+ h% K& k: }$ H0 ]
) M0 R0 T0 b4 g8 s/ _$ m  G
, Y% r' l( x& y8 m( E4 p3 C5 k" k/ \1 t$ ]
[p=197, null, left][size=197px]第三步是判断新解是否被接受

[p=197, null, left][size=197px],

[p=197, null, left][size=197px]判断的依据是一个接

[p=197, null, left][size=197px]受准则，最常用的接受准则是

[p=197, null, left][size=197px]Metropo1is

[p=197, null, left][size=197px]准则

[p=197, null, left][size=197px]:

[p=197, null, left][size=197px]若

[p=197, null, left][size=197px]Δ

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left][size=197px]′

[p=197, null, left][size=197px]<0

[p=197, null, left][size=197px]则接受

[p=197, null, left][size=197px]S

[p=197, null, left][size=197px]′

[p=197, null, left][size=197px]作为新的当前解

[p=197, null, left][size=197px]S

[p=197, null, left][size=197px]，

[p=197, null, left][size=197px]否则以概率

[p=197, null, left][size=197px]exp(-

[p=197, null, left][size=197px]Δ

[p=197, null, left][size=197px]t

[p=197, null, left][size=197px]′

[p=197, null, left][size=197px]/T)

[p=197, null, left][size=197px]接受

[p=210, null, left][size=197px]S

[p=210, null, left][size=197px]′

[p=210, null, left][size=197px]作为新的当前解

[p=210, null, left][size=197px]S

[p=210, null, left][size=197px]。


  i! P8 x8 |3 O* }( P& g0 r& ^- w  D) U" B3 @

+ ^5 L6 i$ J+ E7 N( Z1 `9 ?[p=197, null, left][size=197px]第四步是当新解被确定接受时，用新解代替当前解，

[p=197, null, left][size=197px]这只需将当前解中对应于产生新解时的变换部分予以实

[p=197, null, left][size=197px]现，同时修正目标函数值即可。此时，当前解实现了一次

[p=197, null, left][size=197px]迭代。可在此基础上开始下一轮试验。而当新解被判定为

[p=197, null, left][size=197px]舍弃时，则在原当前解的基础上继续下一轮试验。

5 c/ w! w7 V8 T1 r/ _
/ A$ _% a0 p0 K* o
. i& j  \3 q8 `4 T( U% `1 I! d$ d% e
[p=197, null, left][size=197px]模拟退火算法与初始值无关，

[p=197, null, left][size=197px]算法求得的解与初始解

[p=197, null, left][size=197px]状态

[p=197, null, left][size=197px]S(

[p=197, null, left][size=197px]是算法迭代的起点

[p=197, null, left][size=197px])

[p=197, null, left][size=197px]无关；模拟退火算法具有渐近

[p=197, null, left][size=197px]收敛性，

[p=197, null, left][size=197px]已在理论上被证明是一种以概率

[p=197, null, left][size=197px]l

[p=197, null, left][size=197px]收敛于全局最

[p=197, null, left][size=197px]优解的全局优化算法；模拟退火算法具有并行性


0 C! Y! Y6 [5 J7 r; Q* Z# h4 a: w$ t/ n1 V1 t% t0 M

4 B1 C; A$ K7 o4 ]. ?- u5 j) l! M; z. @  }9 s* n1 n* p3 w$ g$ `4 J
, \& e* I& J! S0 ^/ P; u( `8 m/ s& |

; f* [# ?: e" e% ~0 `1 h  R6 @: b+ B; Z3 i
$ z1 Y& e3 p5 D$ b1 m- f7 h. S

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