模拟退火算法:解决优化问题的随机
搜索技术
模拟退火算法(Simulated Annealing, SA)是一种概率性的优化算法,它借鉴了物理
学中固体退火的原理。在固体退火过程中,材料被加热到高温,然后缓慢冷却,使得原
子有时间移动到能量更低的稳定状态。模拟退火算法将这一原理应用于解决复杂的优化
问题,特别是在搜索解空间巨大或者问题非常复杂时,它能够找到全局最优解或者接近
最优的解。
1. 模拟退火算法的基本原理
模拟退火算法的基本思想是:从一个随机解开始,通过迭代过程中的随机扰动来探索解
空间,并在每一步都有一定概率接受一个比当前解更差的解,从而避免陷入局部最优解,
最终逐步趋向全局最优解。
1.1 概率接受准则
在模拟退火算法中,每次迭代都可能产生一个新的解。如果新解比当前解更好,那么它
将被接受作为新的当前解。如果新解比当前解差,它仍然有可能被接受,但接受的概率
会根据一个温度参数和解的差异来决定。这个概率通常由以下公式给出:
P = exp(-ΔE / T)
其中,ΔE 是新解和当前解的能量差(在优化问题中通常指目标函数值的差),T 是当
前的温度。随着算法的进行,温度会逐渐降低,从而减少接受差解的概率。
2. 模拟退火算法的关键参数
2.1 初始温度
初始温度是算法开始时的温度,它需要足够高,以便在算法的早期阶段可以接受大多数
新解。初始温度的选择对算法的性能有很大影响。
2.2 冷却率
冷却率决定了温度随时间降低的速度。较慢的冷却率意味着算法有更多的时间来探索解
空间,但也可能需要更多的迭代次数才能收敛。
2.3 停止条件