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升级   94% TA的每日心情 | 怒 2012-2-25 00:11 |
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一. 爬山算法 ( Hill Climbing )- k% w+ I9 n( u0 d1 x6 B
; f: c- C! [9 l) s K3 h
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。" k- f4 N2 |, w
M$ u4 X5 o3 N6 O) e
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。, V* h N% R3 D; B, ~: X
' s! F1 I K6 Q% ]' A+ n6 z m4 \8 h* W
: Y/ o% ~2 R. W- t9 r' D
二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
7 a7 a6 ~" k; q( v( p" o3 R+ _! _* R) |5 M
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。 g8 w! X6 v! z& l
* b* x, b# `7 A. x. c; `! l9 E1 _ 模拟退火算法描述:
+ c( w+ Q: \ O# q2 q, Z! E% H
2 j w$ h" ~& A. f 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
% V" O) R$ {% T7 r: J0 l" B z' ~' K+ n
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)
9 w' i1 J: F) O) K" n' `$ s/ \
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。+ [) f: V7 H2 G/ ?( \0 ?% w
4 R. ^/ l& b! r( v
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:
- k" M/ R0 k% c1 ~2 l
! C% ^) U' k' ~( n P(dE) = exp( dE/(kT) )
2 c6 j. U/ X: b6 V. |* |* S; U
7 j4 e0 K. X, {+ ]! F4 Z 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) 。
6 V7 y2 a' o. g5 G7 f/ A& v m) R6 y3 C0 H2 C! a
随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。3 t8 o, [$ i% H9 y
2 V; R0 M( p9 J/ @& f
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。( `% O3 B% i% q" T4 w3 U% u
2 J' l" J+ I+ U! r$ [* j; r2 T 关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻: l" ?* p# a) A5 x
/ W; e8 w# n& K/ U( D 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。
& O6 z3 i! Q+ v; q* R
5 z; A) e5 L H" I( a 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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