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升级   94% TA的每日心情 | 怒 2012-2-25 00:11 |
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签到天数: 95 天 [LV.6]常住居民II
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一. 爬山算法 ( Hill Climbing )
; C) [7 [, x1 ?) Y" U0 {
0 Q# o: K0 ]9 w+ U" \2 L& } 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。
7 Q, i$ M8 U7 H F; v" ^7 n! f5 g1 } H1 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。3 m+ l. W$ r3 V, S, q
f% E2 J3 M$ A6 \. l5 i! [
, w0 L. x) u8 F+ w6 {) v) |3 c
二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想% I: s2 g" m1 y& l' q1 L) F# s
6 K1 ^$ r' D1 r) r j! i
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。
9 V5 T! ^' p& A+ S7 v' y" p! H/ M2 Q8 T9 r' J) m8 n( e3 }
模拟退火算法描述:1 e& I2 m5 z, o+ h& F; P" s
+ z- V3 ~5 j; _ Z$ M
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
& h1 z& Q4 ^$ J" g9 C, z" I& w! | N' e; q
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)
- l6 {( Y7 j8 \) U: v9 a& E
) G( B8 d& U: h' u+ d( a 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。
" B; G5 S8 A4 R4 ]* X* g- n5 z% B0 x; M* n6 V
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:: B6 I V4 Y1 q* g+ z$ c
4 K8 S2 \. K1 h6 K/ E2 m
P(dE) = exp( dE/(kT) )
5 Y6 G1 Q# g" q6 y6 M
( L4 [: ^0 g" G9 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 Y# ~: d& ]6 T# N4 B! v6 q6 S; k% i/ c1 K( x6 D8 O; w0 j
随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。' e+ T) H7 g- b- Q) z" Y2 A2 g: L
1 m5 y# r0 m2 b3 o1 b5 ^ 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。' `* b" {9 M! t* H0 \# ]+ u
. p2 v5 g, [3 n
关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:; ?$ K* M. b) Q6 p+ t4 l
" ~2 D% o. g+ ~0 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。
5 ~+ }8 P' C6 M! ?
9 i9 Y2 C, x: S7 B 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。 |
zan
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