- 在线时间
- 60 小时
- 最后登录
- 2017-2-18
- 注册时间
- 2011-5-31
- 听众数
- 5
- 收听数
- 0
- 能力
- 0 分
- 体力
- 807 点
- 威望
- 0 点
- 阅读权限
- 30
- 积分
- 288
- 相册
- 0
- 日志
- 0
- 记录
- 0
- 帖子
- 136
- 主题
- 8
- 精华
- 0
- 分享
- 0
- 好友
- 4
升级   94% TA的每日心情 | 怒 2012-2-25 00:11 |
|---|
签到天数: 95 天 [LV.6]常住居民II
 |
一. 爬山算法 ( Hill Climbing )* U! Q% {0 e4 T: T8 M
, n8 k9 J8 H7 f; x; v5 ~- U
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。
6 L) x) _3 D* U9 f% W& Q5 ?& A" c# ^1 F
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。# S( L" Q! l( B! f2 H
![]()
: K. c1 J7 i: `; h
# W" F& j* v7 Y" T二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
7 h7 e9 w6 h+ P1 `: a [: i6 b
6 v" ^# _- i e) P% R* 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。. d. g( C6 K7 ~5 E* g0 o- z
% w% r# X3 M; P# y; y 模拟退火算法描述:
5 f5 B! q) J) O5 |- D5 l. y
: k4 i6 X0 V# c 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
, f9 J) u2 n" c0 g% Z
7 m/ O6 }( {6 m) A% m 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)' R( [4 P( Y) v7 a
" H( x) I# v) B7 T# W) U! m/ k
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。- ~/ b7 c" e8 i- Q* N/ s$ w$ m B
3 M7 y2 B* g( J; P" P, o/ {8 c 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:& h6 D E' f& R! {( D
! m' W! q0 n9 `1 v6 U7 } P(dE) = exp( dE/(kT) )
( X( ?$ O4 v# L4 h+ c) G0 ^& E( X1 L/ k- K2 i
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) 。* h0 Y% S3 w7 x$ {& r3 x
$ Z+ R7 I. t/ _: H4 F 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。1 D, U4 X0 a" x. S
& y# d, p: p+ c" N$ R; K9 j 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。 H7 J$ u3 j4 f+ e
?9 h2 L8 [$ E8 z
关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:
% \2 Q5 {# N/ ]( @7 J4 g/ l* Z" [
$ f% Z# B% W6 _9 b1 U; v 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。
% j8 \+ D, j5 y: q$ o' @" p: v9 o7 }1 G9 h
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
|