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升级   94% TA的每日心情 | 怒 2012-2-25 00:11 |
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签到天数: 95 天 [LV.6]常住居民II
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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。 |
zan
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