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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 )& K3 ^0 \: w% }9 I: j

    - O1 ?) P; ~3 i" y4 g/ |! F. 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。
    2 \* j6 V9 q* k, ^
    8 O, E+ \; X1 \  @- 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。
    , y5 U& `$ c3 n! `6 g8 \4 | . x8 `5 f7 f) S, n- R, u, r

    + Q7 i$ c7 J/ h. |( n二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想5 d2 m$ Y$ ]+ ?' Q

    2 f5 N: b5 Y4 g7 N         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。
    1 ]. q' ?3 S& w" v" e
    ( ~4 o; Q2 i) P5 H         模拟退火算法描述:
    3 B2 y. O0 P; j0 l8 p* t
    4 A$ y& T% b9 m         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
    + U# K  I1 C9 x0 ^9 B4 m/ O& J, ~) y' p3 [' s. q: X6 l! y! Q. P
             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)" x) Q* ~2 Q' c' A4 Z! o

      }0 V' b$ L8 C# J2 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。- d" T2 f1 p3 L9 U4 u
    6 V- I! F4 J0 V9 b# j
      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 B: ~3 y: V0 K
    : B$ D7 f6 s! ~4 z- x/ T' p% I
        P(dE) = exp( dE/(kT) )( i; Q$ V$ s, b' m! [. b8 X$ Y

    # a; M, ~4 C$ _- W- C  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) 。, T8 U& |" u" p7 b

    7 W" U+ W/ D2 F* y; [. F  随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。! Y8 x/ j2 d1 k3 _1 q* B

    8 K  k+ M% O4 l0 c3 v8 {0 R1 t. C" 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。* B; Q, r' ], d; p. X# A; y
    0 ?2 \, f4 x. E# K" M# c& A
      关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:& [6 L$ a6 a7 \/ ~8 L% Y3 {" d% C. w
    , x, I- a, F/ x8 b
      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。& C+ i! H9 o. B7 j6 i& D

    : X6 l# t8 `; 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。

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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
    . S: A; Y: r4 e5 N& _

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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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