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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
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    一. 爬山算法 ( Hill Climbing )
    7 m) E5 u! ^5 L& k0 Y9 H8 k9 }! N4 [
             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' u5 {( Y3 W" @8 b1 @

    - D* h$ w$ X' ^# s2 [3 b) C         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。
    % d, g7 }/ @0 o  S + Y7 ^+ r. j  A

    + x6 N1 `; l* [$ Q- `0 `# q二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想2 Y4 u( P8 t- h; r
    8 Z* R$ W2 y, C, K& W
             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。# s8 O- p3 t9 C4 K
    2 B  e) l: p9 t8 \7 R
             模拟退火算法描述:
    1 _& X- D# |/ C
    9 a7 e3 p- h1 {) P4 n1 o         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% C  x7 n: C+ U! ~; H0 N& `  U

    - S* o  _2 `2 d% I% z( c: W- H         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)  H: V, |. }  U0 A

    . Y6 L! U9 r' U4 m7 X8 w  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。% X! e' n1 {6 {4 U$ }

    " w& N( Q/ B9 w0 q. |3 [  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 _0 a, Z% \4 \

    ' v: X# N; o3 z    P(dE) = exp( dE/(kT) )- M2 w7 p; d3 i
    8 k7 _/ F! m: D, n' y
      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) 。
    + {" l/ f7 p) b) H* C
    9 X  I( {2 R5 W- k- @7 z2 \- G  随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。7 b" U' e3 g& m; _( q
    8 V% I0 e- W& i) I
      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。
    + m: d9 w  |, Z& R$ c* b) f7 h
    - l+ z7 F% ^) x, e# b& T  关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:
    ; Z% n* g# N1 o1 H, W* F7 v& f2 U; }- i9 S9 w
      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。
    / V9 e6 k" X: H2 A) f& t, S6 _  g' X5 A2 O( O0 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。

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    ; n) T8 h9 p( X/ d; P' X7 h0 s
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