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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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    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 )
    & a3 r; e& k, z" r5 u% t8 L) Y2 B4 e! I- K4 `
             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。( t* O& x+ w  X: U* K
    ! h7 S. P# m2 U7 d; y& e8 W
             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。6 @% H0 J8 |0 E1 [
    8 z% |* a- N+ g' Y, E

    ( K2 c6 R9 x7 X1 b' R; M二. 模拟退火(SA,Simulated Annealing)思想$ g3 E8 |2 T: N8 j
    3 x' M4 O& _: K1 x" |
             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。
    ; y! O: Q+ _& j  z3 n
    5 D3 b( c6 C' X2 c* Z         模拟退火算法描述:
    ; ~/ v1 s- O, E( S# U6 i; v
    ' t" Z2 [9 J; n1 d  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7 c' \) q& v( X6 k) Z& D
    ; K# S4 P$ @9 x
             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)
    1 m! q- F& x" I& N8 k+ a" \! N
    ( q" m" o/ p! r# h, h  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 @! G6 ?& _7 k
    : Y9 s; S9 T  W1 h$ u. _5 t
      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:- q+ |% s+ l" Q2 h6 U) V# Q

    0 S% R7 E+ k5 N6 h: ?& P+ R    P(dE) = exp( dE/(kT) )
    2 u8 V/ c  j5 B3 D7 B  j! |3 m# A/ `6 [: 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) 。5 D* v% d% x! A, }- C

    ( o9 w) V- f- D" M1 l8 G  随着温度T的降低,P(dE)会逐渐降低。
    9 m1 y! k5 E  B7 V4 K! y; _& D- M
      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。* m% V/ i. G5 [9 l8 ^4 i9 S
    + Q. I' ~: @- C/ l+ P' x
      关于爬山算法与模拟退火,有一个有趣的比喻:
    - `; T) w2 |  p; t( P* u- f7 L* _0 P
      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。1 x, k; r3 A+ v/ q  A
    " R+ ]# X5 F& r" _6 A% \) t1 C, M4 u
      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
    尜丹  总评分: 体力 + 5 查看全部评分  发表于 2015-4-26 11:34
    角落书桌  好  发表于 2015-2-5 18:25
    zan
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    好东西 顶一个
    " d; }7 g; z; U  s; R, `/ d/ p+ S

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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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