8 C+ c+ j' s9 `二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想 " R `- Y! u# l. V 6 m/ H6 V% G- X5 P; r9 {' a 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。" n0 H3 p1 ^% h. B3 A4 I
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模拟退火算法描述:7 ?& r i; v% h* q: f
# s+ U7 n E' t% o2 g) _ 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0 D( ^/ _/ Z! |" h
( e2 H8 U! z; c* B9 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)1 Z3 l. S! M4 g6 }( O
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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。 4 ?, T3 l' u" }/ _! G3 y6 U9 Q/ i2 L
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: 9 G2 U& {5 A9 ]# E" Z, f P$ _; N f( K
P(dE) = exp( dE/(kT) ) % v, ^( {) }* o6 D8 t7 A9 b2 E Z. g& U/ |' f$ }: Q E6 R
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) 。 ' ?. X" f1 T+ _5 z : ~' |( H4 h' z% A2 e1 p5 F/ a) x 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。1 q, w2 x4 k6 `1 G# Y4 ^
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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。# P* i6 O' G3 j7 Y' v) F
6 ~- I) |0 T6 X- G5 M& M 关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:- G! p6 J U/ {7 q- ?
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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。 8 C& s7 o7 a/ t! ^9 X ' q+ E. @. b4 C& \9 j) f: | 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。