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TA的每日心情 怒 2012-2-25 00:11
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[LV.6]常住居民II
一. 爬山算法 ( Hill Climbing )4 V6 y! G+ ^$ b$ A" e
$ k9 x# Z6 a* X$ f6 ]! Q 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。! Q! m# h+ X; d+ |/ r, N1 _! d
( D. Z# ?, L% H: z 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。) G6 h9 K% U1 {( B! P/ t5 m
2 V# e5 ]* _4 L0 }3 s - ]6 a+ S) g/ y2 \' y8 g; @
二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
# i4 K* N# h& ` % _ ]- w5 i+ |5 [3 j1 L
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。( A& |8 ?* w: E1 i* [
$ S# H. d) u1 C2 [ C: h
模拟退火算法描述:
" ~$ d* P, c' d5 X5 j& R
8 U$ j4 M: i2 w# ~: @; m 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+ n u' V; {" p. H; d5 \) T5 V' L
" ^+ P5 F8 _* d1 q! y
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)
! D9 j! t0 |3 e9 t6 t: A! C
; b4 ]- x% E% V0 ^3 T, G 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。
' j( \- y; u1 t* v$ D0 e+ y 8 K; Y$ i! w% ~3 P% ~
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:
0 W' g$ ?+ C2 z" K" d' Y 3 R2 b/ t% `6 a6 C! G( u/ k* `
P(dE) = exp( dE/(kT) )
% M# M- i" W3 M, j 6 M& ~' i* W; N
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) 。! R7 ]. C* V5 R8 Q1 [( A& B% Q3 v) z
0 g! v( J8 U& M6 G; K( l9 r 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。# w2 p, D* \( I" s' L
& `9 O0 L' @* `4 R
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。4 O5 H6 D0 {& {+ m. }4 P c
, p& G( r5 i F" b: f3 M# `2 A 关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:1 I, K. R# O, g2 j* ]- t, Z0 x
4 w! E$ t8 d' O; n' T9 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。3 A& B$ a% q) p3 Q/ N
5 g2 C5 r9 ^* k" @6 p8 L) A! s' v 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