8 s# U" R& ]! B2 A# S5 `, O7 ~ 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。 + U* b" j' O) k/ F/ A1 i7 W* f G5 z' W
模拟退火算法描述:! f1 K2 A, W# C
4 R% W" V9 K7 q$ Z
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 j' q+ c/ o" f X& z8 X! R, F: l& i) J# ]! U
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) + _ b5 t: r+ l: f9 `; y. e) [ & o/ T+ E2 j+ b5 t* O 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。+ K3 A; X9 K1 ^) w% j
9 t, c% t' C! a+ D 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:1 G/ H9 }* }! Z7 Y
5 C2 U( T8 w7 d* m P(dE) = exp( dE/(kT) )' _: u) B3 c2 o9 R
5 G: x1 f9 L' H- p 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) 。; W9 n. z' R. A+ D
S2 w% M2 K" ?0 T- f 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。! ?; e: `/ w5 g& X% u; p
, d6 L$ J1 K/ @- p
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。 $ D# o$ d$ _/ F' o ! Q) y3 \& r7 v9 Y. t 关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻: ' h# z, f: o% r6 {6 Q# x, t+ R # d# L$ b( j0 w0 W6 M2 k 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。0 p- s7 G& C) m$ L2 h1 z f6 {: a
: `! M7 G w6 P [: b7 N
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。