发展历史和算法思想
模拟退火算法(Simulated Annealing, SA)是一种基于热力学原理的随机优化算法,最早由 S. Kirkpatrick, C. D. Gelatt 和 M. P. Vecchi 于 1983 年提出。算法的灵感来自于固体物理学中的退火过程:通过加热和缓慢冷却金属,可以减少其结构中的缺陷,使其达到低能量的稳定状态。
数学原理
模拟退火算法的核心思想是通过模拟退火过程来搜索最优解。在优化过程中,算法允许在一定概率下接受较差的解,以避免陷入局部最优解。该概率由以下公式给出:
其中:
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是当前解的能量(目标函数值)。
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是新解的能量。
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是当前温度。
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是指数函数。
当温度逐渐降低时,算法更倾向于接受更优的解。通过适当的降温策略,算法可以逐步逼近全局最优解。
主要步骤:
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初始化:设定初始温度 和初始解 。
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邻域搜索:从当前解 的邻域中随机选择一个新解 。
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能量差计算:计算当前解和新解的能量差 。
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接受准则:如果 ,则接受新解;否则,以概率 接受新解。
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降温:逐渐降低温度 。
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重复步骤 2-5,直到达到停止条件(如温度过低或迭代次数达到上限)。
应用场景
模拟退火算法适用于求解各种组合优化问题和连续优化问题,主要包括但不限于:
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旅行商问题(TSP)
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背包问题
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车辆路径问题
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图着色问题
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