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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 )
, y) R0 q/ s$ f4 I6 E* [/ c i1 g" h% I. c- y( v- M6 \0 b* F& F) l/ f; a5 D/ a. y$ v: g/ d/ r
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。
' p, A% G% [. `) @0 ~; B' O' z2 B8 ]4 F. c \4 n* j6 p1 o
* 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: ^& F/ V0 G$ Z- K. a% E- B, D5 ^" h
, X, ^* g A7 R1 l q4 V
: u+ A0 `4 \$ N: y7 |/ c; w% U3 i, o# W, x; s$ r) w8 Y: t; ~" G, C3 e# p8 x4 g$ D
二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
7 R# D) N# [" R: r0 I# j' r: D. I& a) N4 S% i, z2 l/ \. s" S3 g! m, T
5 k& p: c) @* y! f, f 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 [
# L; `; F; q6 y+ J- i& k% ]. K7 Q7 T5 X7 j2 O, i3 c/ U0 C+ P. p
模拟退火算法描述:: X4 s9 X9 C: L" \$ c
# |- Y& I% d, A- J5 K& ~4 O% D7 o! b( Y$ Z0 c7 `9 B: S) 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/ Y5 A- Y H/ Y4 e- F4 m' J
* ]3 o) O+ C8 u8 Q3 `; B6 [7 g' m$ f3 t# Q( T7 o9 N# n% s, C4 j% m( A
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 s
1 S! t E Q2 B: z3 C6 R+ P; U4 q' L" x% G+ v# m, S4 i! {+ G" |4 R. E- Z- A) U
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。- C/ {6 D1 [! @% i4 c
$ Q5 l2 @, L; t+ r0 |: D. e- Y: j$ Z/ ?1 N+ I# s9 p% D9 Z+ S( w) Y& q5 j' t
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- Y5 h0 i* p. ~6 B
# ^7 Q- V, v3 y7 Y3 N% l
, Q6 W$ s# a8 a4 d6 U# j M P(dE) = exp( dE/(kT) )1 T' R( m% D, [+ J6 Z
' S/ _( Q1 g" t! \+ c# O( n" {* `4 W3 v3 e
1 A! f# q5 y" B* F0 W 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) 。
: D; `1 b; c: K2 K3 D7 G, M8 t! [" g/ @5 k" C, _; |1 Y( Z! V: t/ l* r7 {- A; J7 ]! T
2 o. N: e& [. v6 H$ \7 R! ^- o 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。3 k# z, o [4 h) w0 T5 G
# @; Y$ ]0 x1 `. {: u/ L2 C J4 K7 p( U) y7 }! N+ h! D- y5 I' V
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。2 S) f `4 s' f6 i' j1 h4 s' S, T n
0 T" A0 r* P1 c
& F8 l E% d1 P' P+ F; ]- 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
) j. p, s3 ^( v( O5 ] Q; B, Q6 _% Y7 v6 r* P; z7 K5 }: G$ a- @. S, t8 M/ a
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 z' K( S% v+ f7 U) [. _! {7 m; a$ j$ c5 U( G, t, j( }/ {, H4 g+ m. x
" 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。
3 c0 Q" r- a3 z$ G! c0 w. I |
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