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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 )
* v u2 W& u" [/ c i1 g" h% I. c- y( v- M6 \0 b* F& F) l/ f; a
3 Q7 M) j3 u, U6 c, k 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。8 c, s: Z" O4 r M8 C
; B' O' z2 B8 ]4 F. c
& Q7 h5 K* e6 g& I2 B/ }* 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: ^& F5 ]8 u* z3 N1 I# l ^% X- [2 d
, X, ^* g A7 R1 l q4 V
7 x* ^; ^, F- V. ]2 f0 v3 i, o# W, x; s$ r) w8 Y: t; ~6 }( s/ L, c4 h T" o
二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
# i& G* P( f& L9 y' X# j' r: D. I& a) N4 S% i, z2 l/ \. s" S3 g! m, T
) }; @7 q% P/ o. Y3 w G 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 [! C" W% ` l- r
& k% ]. K7 Q7 T5 X7 j2 O
+ C: u) F" g R) s' ] 模拟退火算法描述:: X4 s9 X9 C: L" \$ c2 b5 C% c$ a9 g4 ~. H
5 K& ~4 O% D7 o! b( Y2 q5 ]- K, }. {0 Y9 S8 X' k
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/ N1 t% I/ ~% h" F2 i4 _
* ]3 o) O+ C8 u8 Q3 `; B6 [7 g' m$ f( {/ |5 U5 V* z
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 s9 A1 {3 I# @: s
4 q' L" x% G+ v! a, D( K. p: z; \! y, n' r
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。
( w4 ~& O/ I* B: c! ?$ Q5 l2 @, L; t+ r0 |: D. e- Y: j$ Z/ ?1 N+ I# s. l7 O/ m$ Z6 P2 I9 w
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
1 ~! S% ?5 c) M" l- t9 [# ^7 Q- V, v3 y7 Y3 N% l/ t# s, ]# `8 D. J) ]
P(dE) = exp( dE/(kT) )
! Z$ s" f5 n3 b F' S/ _( Q1 g" t! \+ c# O( n" {* `4 W3 v3 e8 j: v) k1 K5 A7 ?
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! o0 |% h9 r! l$ T! |8 t! [" g/ @5 k" C, _; |1 Y( Z! V: t/ l* r7 {- A; J7 ]! T
( r5 Z. ?' c3 |. `1 C; M 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。
) [( E" L7 q/ U! R9 g# @; Y$ ]0 x1 `. {: u/ L2 C J4 K7 p( U) y7 }
" p& f: G2 R5 E& P# I 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。5 r% {2 h. v% y6 A" d9 a1 y
0 T" A0 r* P1 c
" C/ u$ M* i/ o/ _4 x7 Q5 q- 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
& k2 \- o; W3 M1 V4 ? L2 ^8 ]6 U6 _% Y7 v6 r* P; z7 K5 }: G
# P& p( A6 |4 U* V1 M3 t8 Q 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。 Q8 J0 S( A: g8 Z: a7 H, {6 h2 v. u* P* ?
. _! {7 m; a$ j$ c
( o+ ?, ^5 ?/ l3 l& S" 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。
( ~$ p4 [* @8 s7 k: ]5 o: n/ B |
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