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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 )% N1 F. Y3 X: _7 s: a4 P8 c$ F
/ c i1 g" h% I. c- y( v- M6 \0 b* F& F) l/ f; a7 v) b3 Y) G$ }# D: F; @6 t
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。$ g5 v/ o# f, P# L
; B' O' z2 B8 ]4 F. c
* g% u' E% O S6 o. `3 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( c3 d) Y" C( r; v0 V3 U$ T
, X, ^* g A7 R1 l q4 V
$ L5 M3 T( f; `, u) a5 s/ ]' k3 i, o# W, x; s$ r) w8 Y: t; ~) Y( B3 o, S+ n
二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
9 n8 o2 b* e- l9 v' }# j' r: D. I& a) N4 S% i, z2 l/ \. s" S3 g! m, T
/ c8 w9 }- v2 w4 _1 c w6 E& c& W9 b+ B 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 [8 F# O9 g( s& l. O
& k% ]. K7 Q7 T5 X7 j2 O- ]7 K U8 M- ^: `, z2 B1 D/ H
模拟退火算法描述:: X4 s9 X9 C: L" \$ c6 U% ?/ e+ l0 v; f5 F
5 K& ~4 O% D7 o! b( Y
% H; j' ^7 [ H# }' i& R9 o2 X 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
% O* n9 C$ U( l+ V5 V9 S2 d0 m* ]3 o) O+ C8 u8 Q3 `; B6 [7 g' m$ f
2 k4 A/ |& E: ^6 f3 A9 `5 ? 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) \7 S: J9 r: W% b& C# A1 ^
4 q' L" x% G+ v
1 |' j/ T1 b1 f# y8 l( q 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。7 j6 E2 f2 v9 A4 e0 Z( H9 n
$ Q5 l2 @, L; t+ r0 |: D. e- Y: j$ Z/ ?1 N+ I# s+ g1 T+ M4 y o
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- Y9 G6 V3 |& B4 P0 Q! x( c: N3 v$ `, J/ O
# ^7 Q- V, v3 y7 Y3 N% l# E5 f: u, k" ^+ U
P(dE) = exp( dE/(kT) )3 U( @' x- f; `# s0 t
' S/ _( Q1 g" t! \+ c# O( n" {* `4 W3 v3 e
( ] ]2 W9 n/ w) _) B 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) 。; F; M3 k8 w- ?
8 t! [" g/ @5 k" C, _; |1 Y( Z! V: t/ l* r7 {- A; J7 ]! T
p& A. p; F4 d; p 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。) h6 q: d7 H; C, g T+ J1 F
# @; Y$ ]0 x1 `. {: u/ L2 C J4 K7 p( U) y7 }
. z* n; u- W; K o* p5 _; u* w 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。
! W! @, N" X% E( J( T0 T" A0 r* P1 c
# L5 w* s" D5 y' F, B: b, I- 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; C4 R( m+ V& g3 z5 H8 g: G
6 _% Y7 v6 r* P; z7 K5 }: G; V2 p/ M8 |+ h9 k
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。3 x( x6 U% H/ s# U. v$ T
. _! {7 m; a$ j$ c- @4 j2 P# @3 m7 U+ E
" 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。
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