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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 )% r: D7 _# X5 ^, y% L5 ?, U3 I
/ c i1 g" h% I. c- y( v- M6 \0 b* F& F) l/ f; a
6 j9 R3 x" I8 I7 [: T; q7 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。
% K( N& P \+ Y; B' O' z2 B8 ]4 F. c% q y$ T- z) ~- [+ y5 B$ Z' N) Z
* 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
4 \6 }! T- f6 x0 V7 S, X, ^* g A7 R1 l q4 V0 q8 i3 Z$ P! @2 `8 o
3 i, o# W, x; s$ r) w8 Y: t; ~
/ |6 t% X7 ]" R t) i二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
+ E, t# f+ X; P& ]# j' r: D. I& a) N4 S% i, z2 l/ \. s" S3 g! m, T% F( S# u6 h6 B! w/ c/ |; o
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# ~ h) c0 P" H Z: L& k% ]. K7 Q7 T5 X7 j2 O) y+ x( \" u5 K/ V
模拟退火算法描述:: X4 s9 X9 C: L" \$ c% |, C/ D% L0 N+ @ F
5 K& ~4 O% D7 o! b( Y
2 Q: U# C* W" w M0 h. X8 Q 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
1 n% @/ M& Q6 n: T* ]3 o) O+ C8 u8 Q3 `; B6 [7 g' m$ f6 O: M& F; ]0 i: }- e& n$ 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& j& s( E8 _1 Z* S. L7 }: k5 O
4 q' L" x% G+ v, l" T; ], b8 h. O* O3 v' Z7 e- m
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。
$ j( J$ q9 [$ `- A% T7 g$ Q5 l2 @, L; t+ r0 |: D. e- Y: j$ Z/ ?1 N+ I# s( E: u& q- g0 S( R/ 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:$ X9 u# M7 Z9 l$ d0 H3 O; J- Y1 t0 Q; p: T4 @* D) `
# ^7 Q- V, v3 y7 Y3 N% l
, B8 [% b% g; t P(dE) = exp( dE/(kT) )7 h) O9 y% I( d# H$ Z
' S/ _( Q1 g" t! \+ c# O( n" {* `4 W3 v3 e
/ M" b4 V' M7 \3 H 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) 。8 n6 y" N9 o% d2 q$ j. n
8 t! [" g/ @5 k" C, _; |1 Y( Z! V: t/ l* r7 {- A; J7 ]! T
' _! Y3 c {( B9 ^% W 随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。
: t' s4 `2 l+ `* G" |5 V# @; Y$ ]0 x1 `. {: u/ L2 C J4 K7 p( U) y7 }( g5 d$ ?& b& F& E( i+ H
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。
. Y9 ^5 Z7 k* k. x% v6 S0 T" A0 r* P1 c& ?5 _3 N% J2 n" o, N t
- 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
: @8 g/ M- C7 N3 y" `* N# s6 _% Y7 v6 r* P; z7 K5 }: G* e$ B2 f8 M) l& `' ?
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。
$ M; S8 E( k2 L2 S+ i2 [3 C* p- F. _! {7 m; a$ j$ c2 i) A( J, {- ~, j1 H( y d& 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。
" M' v2 a: a3 v B- c3 o |
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