禁忌搜索算法教程
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禁忌搜索算法详解转载现代优化算法之禁忌搜索算法(含题⽬)禁忌搜索算法的实现_Python禁忌搜索算法详解链接:禁忌搜索是由局部搜索算法发展⽽来,爬⼭法是从通⽤局部搜索算法改进⽽来。
在介绍禁忌搜索之前先来熟悉下爬⼭法和局部搜索算法。
局部搜索算法算法的基本思想在搜索过程中,始终选择当前点的邻居中与离⽬标最近者的⽅向搜索。
算法过程(1)随机选择⼀个初始的可能解x0 ∈D,xb=x0,P=N(xb);//D是问题的定义域, xb⽤于记录到⽬标位置的最优解,P为xb的邻域。
(2)如果不满⾜结束条件,则://结束条件为循环次数或P为空等(3)Begin;(4)选择P的⼀个⼦集P',xn为P’的最优解;//P’可根据问题特点,选择适当⼤⼩的⼦集。
可按概率选择(5)如果f(xn)<f(xb),则xb=xn,P=N(xb),转(2);//重新计算P,f(x)为指标函数(6)否则P=P-P',转(2);(7)End;(8)输出计算结果;(9)结束;爬⼭法算法的基本思想将搜索过程⽐作爬⼭过程,在没有任何有关⼭顶的其他信息的情况下,沿着⾼度增加的⽅向爬。
如果相邻状态没有⽐当前值更⾼,则算法停⽌,认为当前值即为顶峰。
算法过程(1)设置初始状态n=s0为当前状态;(2)如果当前状态已达标,算法结束,搜索成功;(3)获取当前状态n的若⼲个临近状态m,计算这些h(m), nextn=min{h(m)};(4) IF h(n) < h(nextn)THEN n:=nextn;ELSE 取当前状态为最佳状态并退出;(5) GOTO (2)步;该算法在单峰的条件下,必能达到⼭顶。
显⽽易见爬⼭法对于复杂情况的求解会遇到以下问题:(1)局部极值(2)⼭脊:造成⼀系列的局部极值(3)⾼原:平坦的局部极值区域——解决办法:继续侧向移动⽬前有些改进的爬⼭法,⽐如随机爬⼭法、⾸选爬⼭法等等不再细说。
禁忌搜索算法算法思想标记已经解得的局部最优解或求解过程,并在进⼀步的迭代中避开这些局部最优解或求解过程。
禁忌搜索算法原理及应用随着计算机技术的不断发展,各种算法也应运而生,其中禁忌搜索算法便是一种比较常用的优化算法。
禁忌搜索算法的一大特点就是能够避免搜索过程中出现循环现象,能够有效地提高搜索效率,因此在许多领域都有广泛的应用。
一、禁忌搜索算法的原理禁忌搜索算法是一种基于局部搜索的优化算法。
其基本思想就是在搜索过程中引入禁忌表,通过记录禁忌元素,避免进入不良搜索状态,从而获得更好的解。
禁忌表的作用是记录已经经过的解的信息,防止搜索陷入局部最优解,增加了搜索的广度和深度。
禁忌搜索算法的核心是寻找最优化解。
具体过程包括:初始化,构造邻域解,选择最优解,更新禁忌表,结束搜索。
当搜索过程中发现某个解是当前状态下的最优解时,将这个最优解加入到禁忌表中,以后在搜索过程中就不再去重复对该最优解的操作。
在禁忌搜索算法中,选择邻域解是非常重要的一环。
邻域解是指与当前解相邻的解,也就是在当前解的基础上进行一定的操作得到的解。
邻域解的选择通常根据问题的不同而定,可以是交换位置、插入、反转等。
而选择最优解的原则则是要在禁忌状态下优先选择不在禁忌表中的最优解,如果所有的最优解都处于禁忌状态,那么就选择设定的禁忌期最短的解。
二、禁忌搜索算法在实际应用中的应用禁忌搜索算法作为一种优化算法,在实际应用中有着广泛的应用。
下面我们就通过几个实际案例来了解禁忌搜索算法的应用。
1. 生产排程问题禁忌搜索算法在制造业的排程问题中有着广泛的应用。
在生产排程问题中,需要考虑的因素非常多,如时间、人员、设备、物料等。
禁忌搜索算法通过构建邻域空间,利用禁忌表避免了进入不良解的状态,从而在生产排程问题中,可以为厂家避免很多因时间不足而导致的决策错误。
2. 组合最优化问题禁忌搜索算法在组合最优化问题中有着很好的应用。
比如在公路路径设计中,需要从成千上万的路径中选择最优解。
禁忌搜索算法不仅可以找到全局最优解,还可以避免局部最优解的产生,使得结果更加准确。
禁忌搜索算法局部搜索禁忌搜索禁忌搜索的关键参数和操作禁忌搜索的实现与应用局部搜索♦函数优化问题中在距离空间中,通常的邻域定义是以一点为中心的一个球体;♦组合优化问题中1. 邻域的概念:()2,()2()()D DN x D N x x N x D N x x y N x x ∈→∈∈∈且,称为一个邻域映射,其中表示的所有子集组成的集合。
称为的邻域,称为的一个邻居。
局部搜索1. 邻域的概念例TSP问题解的一种表示方法为D={x=(i1,i2,…,i n)| i1,i2,…,i n是1,2,…,n的排列},定义它的邻域映射为2-OPT,即x中的两个元素进行对换,N(x)中共包含x的C n2=n(n-1)/2个邻居和x 本身。
例如:x=(1,2,3,4),则C42=6,N(x)={(1,2,3,4), (2,1,3,4), (3,2,1,4), (4,2,3,1), (1,3,2,4), (1,4,3,2), (1,2,4,3)}局部搜索2. 局部搜索算法♦Step 1选定一个初始可行解x0,记录当前最优解x best:=x0, T=N(x best);♦Step 2当T\{x best}=Φ时,或满足其它停止运算准则时,输出计算结果,停止运算;否则,从T中选一集合S,得到S中的最好解x now;若f (x now)<f(x best),则x best := x now,T=N(x best);否则T:=T\S;重复Step 2。
局部搜索五个城市的对称TSP 问题初始解为x best =(ABCDE ),f (x best )=45,定义邻域映射为对换两个城市位置的2-OPT ,选定A 城市为起点。
3. 局部搜索示例局部搜索五个城市的对称TSP 问题方法1:全邻域搜索第1步N (x best )={(ABCDE ),(ACBDE ),(ADCBE ),(AECDB ),(ABDCE ),(ABEDC ),(ABCED )}, 对应目标函数为f (x )={45, 43, 45, 60, 60, 59, 44}x best :=x now =(ACBDE ) 3. 局部搜索示例A B C D E局部搜索3. 局部搜索示例五个城市的对称TSP问题方法1:全邻域搜索第2步N(x best)={(ACBDE),(ABCDE),(ADBCE),(AEBDC),(ACDBE),(ACEDB),(ACBED)},对应目标函数为f(x)={43, 45, 44, 59, 59, 58, 43}x best:=x now=(ACBDE)局部搜索3. 局部搜索示例五个城市的对称TSP问题方法2:一步随机搜索第1步从N(x best)中随机选一点,如x now=(ACBDE),对应目标函数为f(x now)=43< 45x best:=x now=(ACBDE)局部搜索3. 局部搜索示例五个城市的对称TSP问题方法2:一步随机搜索第2步从N(x best)中又随机选一点,如x now=(ADBCE),对应目标函数为f(x now)=44> 43x best:=x now=(ACBDE)禁忌搜索1. 算法的主要思路♦算法的提出禁忌搜索(Tabu Search,TS)是局部邻域搜索算法的推广,Fred Glover在1986年提出这个概念,进而形成一套完整算法。