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借用一下隔壁帖子的解释~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~很不错~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~一. 爬山算法 ( Hill Climbing )5 V/ C" Q9 v" v) X! K2 h' G
/ c i1 g" h% I. c- y( v- M6 \0 b* F& F) l/ f; a: ~1 @* b# O% ^, L+ G6 e* {" ^
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。7 s5 t, U. N1 ^4 q1 Q5 T
; B' O' z2 B8 ]4 F. c
$ v8 P3 Z6 H" v h0 } u# ^* J& f1 d* ]- v 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。& y6 M5 m% N2 A: ^& F1 M9 D' a( j& M& y! r
, X, ^* g A7 R1 l q4 V! G& @. V1 @1 {# s8 |, O. J
3 i, o# W, x; s$ r) w8 Y: t; ~
1 |# | E- j7 U, I8 r二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
1 ~; V, u' m, P U9 O: Y# j' r: D. I& a) N4 S% i, z2 l/ \. s" S3 g! m, T
4 d, X+ I4 e0 v* I8 n3 g0 }: \ 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。" ~$ B; l1 X0 i: x* a3 [! P# a' X' C: f( J* D% U
& k% ]. K7 Q7 T5 X7 j2 O# Z% _; s" e$ J, w8 I, M
模拟退火算法描述:: X4 s9 X9 C: L" \$ c
# @. G. m1 s+ k. m m! d* K2 I# J5 K& ~4 O% D7 o! b( Y! ~% n/ Q, p3 Q8 G- T
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+ x- e' s, {- d% r
* ]3 o) O+ C8 u8 Q3 `; B6 [7 g' m$ f
6 g3 `- N2 r6 q7 w 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)* G% V6 \# w: H8 s0 w) |4 B# k$ ]7 y8 {4 \
4 q' L" x% G+ v3 x0 J* n8 s+ I4 p+ I! d! [+ [8 L
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。
+ Q5 Q, G9 Q; ]# G$ Q5 l2 @, L; t+ r0 |: D. e- Y: j$ Z/ ?1 N+ I# s
+ T- n4 W" J( W a, Z6 L2 |* | 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:$ X9 u# M7 Z9 l$ d0 H3 O; J- Y
: b' q) a1 j. o# ^7 Q- V, v3 y7 Y3 N% l/ y2 @" Q% y- J3 `+ u/ u" t( y k2 w% m: c
P(dE) = exp( dE/(kT) )0 `3 L; I+ T. M9 G' f' Z
' S/ _( Q1 g" t! \+ c# O( n" {* `4 W3 v3 e, t% x( _( ~1 ]: \/ @/ g. K
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) 。; Y( L$ e+ i( H8 b$ D9 P- w' g
8 t! [" g/ @5 k" C, _; |1 Y( Z! V: t/ l* r7 {- A; J7 ]! T
3 M" R* x+ y: n6 z9 Y# E+ @( f0 U 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。' S2 z- `6 G5 L- b% [- W6 M7 m
# @; Y$ ]0 x1 `. {: u/ L2 C J4 K7 p( U) y7 }4 j( U$ a5 h2 B# }# x+ n1 Y
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。1 L* o! N4 y& ]
0 T" A0 r* P1 c u6 [8 X3 z# N- P: R' s N
- R; \: A8 A7 Q8 F" C 关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:7 Q- l* `' [9 P; C
- L8 I0 b& V: {. `( g$ [% H6 _% Y7 v6 r* P; z7 K5 }: G z" C$ e5 O b, \6 x9 b) Y
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。
7 N) f: S \4 k2 {- q. _! {7 m; a$ j$ c$ k0 }$ ?- Y# |& {3 j8 N% }
" Q: d9 u9 F3 E9 E+ f) O 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。
5 @* `' ^% ~7 W9 l7 D% O |
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