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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 )
      h  h; K7 E# \, n
    . K2 [+ H1 @  c% t7 q, k4 N         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。: n0 ^2 M2 Q- \( X8 y5 _

    ! s% h/ k2 h  X% I& [' j* x4 b3 K; h         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。
    9 y" F2 p  F* w# j& b/ U & v+ N2 V* V7 b* `$ t

    , f# d% n5 G" w5 _" `" x4 M/ E# z二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想( ~' N/ `/ ^* N7 v" Z

    : N; N: d- `& I         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。
    & I. B/ j" e# t3 {7 k' m( R& W; t/ u
             模拟退火算法描述:
    6 G- [  t) }2 T$ A3 i3 j3 |- k/ q' A: G! S
             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
    9 n: [' I; `5 H# `- p0 Y) H* N* ?$ K. C! U* P4 B0 @
             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)
    ' P2 m" K" m3 o4 ]/ D
    / ^3 `: s6 t; ?! b  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。
    % z' G" w4 o0 k2 e% X
      c# m: Z% b3 D  M8 j+ E8 p3 h  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:
    % S# T9 V# m% P( ?% S. {/ y' B7 [3 A& l/ a& e. ?0 S& w
        P(dE) = exp( dE/(kT) )
    8 C  g3 c$ M8 n3 Z6 i; h0 R; k6 E" j# c' U% H! u
      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) 。
    + M3 z" p+ U9 K: {
    # z9 {% x( S. j+ S% i5 N/ g& I  随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。" }! `: s3 k. l9 r  j' z% i

      L% W4 ]2 X; J) i/ q' Y% U( g  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。
    8 F- g+ l) V! t  G. L) r
    4 Z( A6 y# Y% Y, l& T/ g: X  关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:
    / y' k4 _: R, v+ ?3 r1 R& L. o  s( d
      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。
    5 v  W5 h& F) G
    # X5 Q9 P0 c' h1 T. w  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
    尜丹  总评分: 体力 + 5 查看全部评分  发表于 2015-4-26 11:34
    角落书桌  好  发表于 2015-2-5 18:25
    zan
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    好东西 顶一个6 z) K: Q5 _5 a- B% A# N/ D' l- R  W

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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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