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[已经解决] 关于模拟退火通俗解释

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jaypu1991        

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    [LV.6]常住居民II

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    发表于 2011-8-7 01:05 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta
    一. 爬山算法 ( Hill Climbing )
    $ Q& ^7 N3 Q, I3 @2 D; S6 W- [0 p# Z
             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。, x' A3 K5 A5 R% M' A
    ! Z4 C' d2 k! A, `# o
             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。& M( G4 c. Z0 X1 _1 g

    & m7 R! b4 L) \+ y9 |3 W: a9 |2 w+ y' |6 s8 K
    二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想
    ' {( t1 e5 `4 [) k$ p
    0 `' b4 [. V. T: L. m: H# n         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。) m( Q7 a' s1 m5 u1 R

    6 {- F7 t+ \, R- N( P; D) {0 ^         模拟退火算法描述:+ x; N' [' ?1 ^& U9 M  C- l4 R
    1 v; F3 O, F# M5 F$ {/ U7 a" J
             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& I# h1 q' r1 O/ J4 f

    ; N" P6 n, H7 o0 l         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)$ u, \. O/ [" C* v/ N4 }
    2 d( B2 m" [/ N8 c6 |8 }5 I
      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。5 |. L: F" {9 [
      b7 \) d0 a6 Z1 }) @( u
      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:
    , }* N2 T/ C5 V  k& J6 F' e# S. g9 U8 g7 q9 K8 N
        P(dE) = exp( dE/(kT) )
    ! P9 W' B1 E; E* J
    " i# j3 K# [; ~6 Z  x2 s# a  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) 。
    - V) x2 i2 e6 q5 q* u; \9 r. _/ i( [. N+ L# f$ w
      随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。
    & Z- E; @4 D5 k/ i+ z2 d; |3 C+ }* {/ a+ j. h7 L# d
      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。# ]" h- U4 N" A8 _" @: j' d
    3 K4 A7 t$ {! d
      关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:4 Y: j) y, e3 F9 I/ \

    * G5 h9 h+ Y3 M  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 b  a* N0 y; V% U: ?# N1 D: w1 R8 }) ^9 K: Q9 W
      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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    qfdzxx  赞一个。  发表于 2016-7-22 14:35
    awillow  厉害  发表于 2015-12-13 11:35
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    角落书桌  好  发表于 2015-2-5 18:25
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    好东西 顶一个1 Z3 `9 Y; Z3 X+ f+ T/ m# l

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    尜丹  总评分: 体力 + 5 查看全部评分  详情 回复 发表于 2015-4-26 11:34
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    天地一号  好吧!!!!!!!!!!!!!!!!!!!  发表于 2013-8-8 08:25
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