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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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    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 )
    ! n6 b, g0 V* W- M" ~. }) q9 |
    # d5 Z( {- n+ 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。
    / f8 c3 L& V1 ~1 L8 a4 g, C- t" W7 L* Z. j# ?
             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。
    7 Q( I3 v  Z- G% Q/ X
    / }) K' O! X) m$ h1 ~  a& z9 _+ n* x0 v
    二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想; E; d, u1 s' ~$ h- U4 b
    & N0 D- d$ t7 R$ E, t
             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。
    2 r4 ?' S2 F; O1 [1 ?- ^1 `- {/ B: u) u+ I; F0 G* I4 y; D/ p2 l, e
             模拟退火算法描述:
    5 j3 f0 B# E* x: p, }
    6 d4 t& T. H8 L1 b9 H3 i         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
    8 _) J2 D/ W) E; p
    + W7 Z/ \/ u: T% [0 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)
    6 i# ]4 r3 N# M9 t7 V( Y: V" {9 V+ G  p. t0 _& C
      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。, h( ?/ `! e) I* \
    ) V, ~; C- H+ Q" E
      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 E* E' R- y/ G# x7 q( l( b' W2 v) k- \7 i3 k# p
        P(dE) = exp( dE/(kT) )  V7 i8 Q! i4 W! Q* E- x" ~

    $ e! {& F) c0 u8 Z, j, _( ]8 k" Q5 S  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) 。( {$ F$ {8 t0 N: f" L* w

    $ e5 V5 U* _  o2 S# C$ R' M* x  随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。
    7 s6 b2 g- x( E* l
    # @0 i. @- W  ?. b3 }4 D  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 {& r' m) \! z* x6 X% X8 K
    , x4 ?; E- n# e) M; A6 S' M2 a% O  关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:1 r2 s/ O( _# U& C5 F

    5 p/ ?2 h/ ?, E- F9 G  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。
    ; a, V9 t" H9 n8 D" P% Y5 @; N% n1 U. E# u; c1 }
      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
    * u9 R$ I8 J9 m9 Q# F3 _

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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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