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[已经解决] 关于模拟退火通俗解释

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jaypu1991        

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    [LV.6]常住居民II

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    发表于 2011-8-7 01:05 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta
    一. 爬山算法 ( Hill Climbing )8 p; a+ m0 X/ J9 a( R6 ?

      y+ c6 Y& ?) F! Z% w5 n% }         介绍模拟退火前,先介绍爬山算法。爬山算法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。/ k1 j  I/ Z" ~( W( H+ G2 O

    ' Y, w7 L& [5 @- m5 v4 d         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。
    . q$ J) _; u% P! }  G" Z % h0 B. t) |8 [6 K! ~4 |

    2 Z/ ~' t3 z9 J二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
    6 W# |+ ]  ?. W/ e# d9 [3 [( [/ p4 S# V
             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。; F4 @: \1 H! g/ Z7 B

    " g; _0 k3 f$ @) k         模拟退火算法描述:$ s& K1 w. ]4 y0 ~
    ! q/ F* q4 ^) q. U( E
             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- j1 K! F& i3 f

    4 M* E  o- Y6 p1 Q         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)
    6 f' x/ @  y: Q( a6 J  a& l  n# p. S1 o) l* |7 ^( t. ]" q
      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。
    6 J! C2 ?$ X- C+ z0 ^3 m) J+ {! J# h
      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:
    6 J& m# d. I2 H. R( T
    / U; i9 J, x' B4 \" d    P(dE) = exp( dE/(kT) )( t+ g4 m! F# r7 a1 K1 N! p/ G
    ' |; }* s! }) F- z8 _
      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) 。
    1 _1 V& o! T  ^) ~/ Y9 x; W0 m' n+ g0 f0 D2 v- H
      随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。
    ; T" r  q2 h3 i4 l
    3 [' l; Q, @' t9 V  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。9 b  c% b1 O9 D) [0 a/ K1 N

    7 k( v" d: I( K3 [9 |  关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:
    - C8 f, Q$ A- }9 I3 O; W) I
    0 J, O3 m9 f0 w; B1 Q5 x7 j) S2 K) r  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。" z3 [) A+ K7 d+ L, D- b
    ( t/ o  S/ D5 A( u- w" O, i0 w: i. m
      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。

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    qfdzxx  赞一个。  发表于 2016-7-22 14:35
    awillow  厉害  发表于 2015-12-13 11:35
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    角落书桌  好  发表于 2015-2-5 18:25
    zan
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    好东西 顶一个
    : r# D7 t7 L. I. P

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    尜丹  总评分: 体力 + 5 查看全部评分  详情 回复 发表于 2015-4-26 11:34
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    天地一号  好吧!!!!!!!!!!!!!!!!!!!  发表于 2013-8-8 08:25
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