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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 )
! Z- c% o- _; ]) b/ x N
8 b& Z7 Y2 ?$ u, P) S D 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。, M- g U- G. I; k; c3 C; z
) R* F0 y6 y+ }% u' w: m 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。& M. o1 ]4 q- T/ U) @6 f
, E9 X" H& N( r5 d- w9 a9 V
8 z% E9 m% H* F' ^ 二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想( v& L7 g8 X- S1 Z4 u3 O7 t. X, c
* v% Q* H l) I8 E6 |% m/ H 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。
! {- w! S; a& K 6 d& N- z: B$ n2 t' @
模拟退火算法描述:
* j& h) i8 u# X/ R0 [" Y - H9 Z, a! r2 I; [0 R; }# N' O" d
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
& ~+ J0 n- K3 E6 c5 l6 n 7 P+ g; |- |8 A( n, }* I9 L% 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)& f( M4 ? {! e1 g3 w
* w6 E7 c- f6 O* f) ]
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。1 @2 C$ w; |+ }& l H5 J( H+ a' M
! s! _$ z; n! G. i 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:4 {1 a: x% n9 y! C6 G& X, d
) ]$ Y0 O9 `" u4 X% H) O
P(dE) = exp( dE/(kT) )
$ I+ e) T( A) Q, P. `' w
, |5 ]9 {' d* C5 B& |) a. x* 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) 。$ @" D) v" K3 o7 P3 z
. R3 |8 G: X* _0 n9 p" D6 m3 S 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。, y& ?0 b, H t/ X! T& k9 B$ o' a
+ T) |' x% S T! \2 q 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。
. B# T) d3 P5 ~! w
8 O/ T0 J2 n1 j$ C2 y 关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:
1 s! t. |3 p& m( n- Z8 n5 p! O! z
7 x6 a, g$ z9 F' ]5 l0 H4 J 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。: `7 m' p: _( o6 n7 N* t0 c
. C+ y/ s7 \/ S9 w' R
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