算法设计与分析W15-现代启发算法1

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现代启发式算法

（Modern Heuristics）

又称为

智能优化算法

(Intelligent Optimization Algorithms)

进化计算

（Evolutionary Computation）

算法分析与设计

What is a heuristic?

Using experience-based techniques to find

a satisfactory solution to a problem (which

may or may not be the absolute best

solution).

为了找出地球上最高的山，一只（或一群）有

志气的兔子开始想办法……

启示：兔子如何找到珠穆朗玛峰？

方案1：视力不好的兔子朝着视野范围内(邻域)比现在高

的地方跳去，很快它就找到了不远处的最高山峰。这座

山不一定是珠穆朗玛峰，它只是自己心理上认为找到了

最高的山。

局部搜索法

➢采用贪心策略，每

步都向着比现在高

的地方跳去，即周

边的所有位置（邻

域）里选最高的。

启示：兔子如何找到珠穆朗玛峰？

方案2：给兔子增加记忆力，兔子记住哪里的山已经找过

，并且找过的每一座山他们都留下一个记号。这样，它

们制定了下一步去哪里寻找的策略。

禁忌搜索

（Tabu Search，TS）

➢基于邻域搜索

➢将记忆功能引入到最

优解的搜索过程中，

通过设置禁忌区阻止

搜索过程中的重复，

提高搜索效率

启示：兔子如何找到珠穆朗玛峰？

方案3：给兔子增加超能力。兔子还是朝着比现在高的地

方跳去，不过这只兔子在（刚开始）体能好的时候会使

用魔法，可能原地消失，然后出现在k公里外的某处。

模拟退火

模拟热力学中退火过程能

使金属原子达到能量最低

状态的机制，通过模拟的

降温过程按波尔兹曼方程

计算状态间的转移概率来

引导搜索，使算法具备很

好的全局搜索能力

启示：兔子如何找到珠穆朗玛峰？

方案4：有限数量的兔子分散在地球上的某些地方，

它们不知道自己的使命是什么。但是，如果你不断地

杀死一部分海拔低的兔子，多产的兔子们自己就会到

达珠穆朗玛峰。

遗传算法

模仿生物种群中优胜劣

汰的选择机制，通过种

群中优势个体的繁衍进

化来实现优化的功能

现代启发式算法的特点

◆算法思想是对某种自然规律的模仿

◆不以找到理论上的精确最优解为目标

◆这些算法的理论工作相对薄弱，一般不能保证收

敛到最优解，但是实用性强

本单元内容

◆邻域搜索算法 (Neighborhood Search)

✓以某个解为起点，不断地通过变换寻找更好的解

◆禁忌搜索（Tabu Search，TS）

✓基于邻域搜索

✓将记忆功能引入到最优解的搜索过程中，通过设置

禁忌区阻止搜索过程中的重复，提高搜索效率

◆模拟退火（Simulated Annealing，SA）

✓模拟热力学中退火过程能使金属原子达到能量最低

状态的机制，通过模拟的降温过程按波尔兹曼方程

计算状态间的转移概率来引导搜索，使算法具备很

好的全局搜索能力

本单元内容

◆遗传算法（Genetic Algorithm，GA）

✓模仿生物种群中优胜劣汰的选择机制，通过种群中优

势个体的繁衍进化来实现优化的功能

◆蚁群算法（Ant Search，ACO）

✓借鉴蚂蚁群体利用信息素相互传递信息来实现路径优

化的机理，通过记忆路径信息素的变化来解决组合优

化问题

◆粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization，PSO）

✓模拟鸟类和鱼类群体觅食迁徙中，个体与群体协调一

致的机理求解实数优化问题

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摘要：

现代启发式算法（ModernHeuristics）又称为智能优化算法(IntelligentOptimizationAlgorithms)进化计算（EvolutionaryComputation）算法分析与设计Whatisaheuristic?Usingexperience-basedtechniquestofindasatisfactorysolutiontoaproblem(whichmayormaynotbetheabsolutebestsolution).为了找出地球上最高的山，一只（或一群）有志气的兔子开始想办法……启示：兔子如何找到珠穆朗玛峰？启示：兔子如何找到珠穆朗玛峰？方案1：...

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