详解模拟退火算法(含MATLAB代码)

详解模拟退火算法(含MATLAB代码)目录 1 什么是智能优化算法 2 常用的智能优化算法 3 智能优化算法的特点二 模拟退火算法 1 简介 2 算法思想及步骤三 MATLAB 代码例 1 求解函数的最小值问题例 2 旅行商 TSP 问题 1 什么是智能优化算法智能优化算法又称现代启发式算法 是一种具有全局优化性能 通用性强且适用于并行处理的算法 这种算法一般具有严密的理论依据

目录

1. 什么是智能优化算法

2. 常用的智能优化算法

3. 智能优化算法的特点

二、模拟退火算法

1. 简介

2.算法思想及步骤

三、MATLAB代码

例1. 求解函数的最小值问题

例2. 旅行商(TSP)问题


1. 什么是智能优化算法

        智能优化算法又称现代启发式算法,是一种具有全局优化性能、通用性强且适用于并行处理的算法。这种算法一般具有严密的理论依据,而不是单纯凭专家经验,理论上可以在一定的时间内找到最优解或近似最优解。

补充说明:

启发式算法(Heuristic Algorithm)有两种定义:

(1)基于直观或经验的构造的算法,对优化问题的实例能给出可接受的计算成本(计算时间、占用空间等)内,给出一个近似最优解,该近似解于真实最优解的偏离程度不一定可以实现预计;

(2)启发式算法是一种技术,这种技术使得在可接受的计算成本内去搜寻最好的解,但不一定保证所得的解是可行解和最优解,甚至在多数情况下,无法阐述所得解同最优解的近似程度。

总之,启发式算法可用于解决求解最优解代价比较大的问题,但是此类算法不保证得到最优解,求解结果不稳定且算法效果依赖于实际问题和设计者的经验。

2. 常用的智能优化算法

  • 遗传算法(Genetic Algorithm, GA)
  • 模拟退火算法(Simulated Annealing, SA)
  • 禁忌搜索算法(Tabu Search, TS)
  • 神经网络 (Neural Network)
  • 蚁群算法(Ant Colony Optimization,ACO)

3. 智能优化算法的特点

    都是从任一解出发,按照某种机制,以一定的概率在整个求解空间中探索最优解。由于它们可以把搜索空间扩展到整个问题空间,因而具有全局优化性能。

二、模拟退火算法

1. 简介

     模拟退火算法的思想借鉴于固体的退火过程,当固体的温度很高时,内能比较大,固体内的粒子处于快速无序运动状态,当温度慢慢降低,固体的内能减小,粒子逐渐趋于有序,最终固体处于常温状态,内能达到最小,此时粒子最为稳定。

     白话理解:一开始为算法设定一个较高的值T(模拟温度),算法不稳定,选择当前较差解的概率很大;随着T的减小,算法趋于稳定,选择较差解的概率减小,最后,T降至终止迭代的条件,得到近似最优解。

2.算法思想及步骤

     设S={S_1,S_2,...,S_N}为所有的可能解,C(S_i)反映了取S_i时解的代价,则组合优化问题可形式化地表述为寻找S^*使得C(S^*)=min C(S_i)

                                           详解模拟退火算法(含MATLAB代码)     

      P=e^{-\tfrac{\Delta C}{kT}}

其中,P为算法选择较差解的概率;T 为温度的模拟参数;\Delta C=J(S_k+1)-J(S_k)

  • 当T很大时,P\rightarrow 1_-,此时算法以较大概率选择非当前最优解;
  • P的值随着T的减小而减小;
  • T\rightarrow 0时,P\rightarrow 0_+,此时算法几乎只选择最优解,等同于贪心算法。

三、MATLAB代码

例1. 求解函数的最小值问题

         f(x)=(x-2)^2+4,其中-2\leq x\leq 2,求解函数的最小值。

%%main.m T=1000; %初始化温度值 T_min=1e-12; %设置温度下界 alpha=0.98; %温度的下降率 k=1000; %迭代次数(解空间的大小) x=getX; %随机得到初始解 while(T>T_min) for I=1:100 fx=Fx(x); x_new=getX; if(x_new>=-2 && x_new<=2) fx_new=Fx(x_new); delta=fx_new-fx; if (delta<0) x=x_new+(2*rand-1); else P=getP(delta,T); if(P>rand) x=x_new; end end end end T=T*alpha; end disp('最优解为:') disp(x) %%getX.m function x=getX x=4*rand-2; end %%Fx.m function fx=Fx(x) fx=(x-2)^2+4; end %%getP.m function p=getP(c,t) p=exp(-c/t); end 

例2. 旅行商(TSP)问题

https://www.cnblogs.com/tiandsp/p/3167785.html

 

 

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