Python&Matla實(shí)現(xiàn)模擬退火法的示例代碼
1 Python實(shí)現(xiàn)
1.1 源碼實(shí)現(xiàn)
我在前面已經(jīng)給出了模擬退火法的完整知識點(diǎn)和源碼實(shí)現(xiàn):智能優(yōu)化算法—蟻群算法(Python實(shí)現(xiàn))
模擬退火和蒙特卡洛實(shí)驗(yàn)一樣,全局隨機(jī),由于沒有自適應(yīng)的過程(例如向最優(yōu)靠近、權(quán)重梯度下降等),對于復(fù)雜函數(shù)尋優(yōu),很難會找到最優(yōu)解,都是近似最優(yōu)解;然而像蝙蝠算法、粒子群算法等有向最優(yōu)逼近且通過最優(yōu)最差調(diào)整參數(shù)的步驟,雖然對于下圖函數(shù)易陷入局部最優(yōu),但是尋優(yōu)精度相對較高。如果理解這段話應(yīng)該就明白了為什么神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練前如果初步尋優(yōu)一組較好的網(wǎng)絡(luò)參數(shù),會使訓(xùn)練效果提高很多,也會更快達(dá)到誤差精度。
1.2 sko.SA 實(shí)現(xiàn)
#===========1導(dǎo)包================
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
from sko.SA import SA
#============2定義問題===============
fun = lambda x: x[0] ** 2 + (x[1] - 0.05) ** 2 + x[2] ** 2
#=========3運(yùn)行模擬退火算法===========
sa = SA(func=fun, x0=[1, 1, 1], T_max=1, T_min=1e-9, L=300, max_stay_counter=150)
best_x, best_y = sa.run()
print('best_x:', best_x, 'best_y', best_y)
#=======4畫出結(jié)果=======
plt.plot(pd.DataFrame(sa.best_y_history).cummin(axis=0))
plt.show()
#scikit-opt 還提供了三種模擬退火流派: Fast, Boltzmann, Cauchy.
#===========1.1 Fast Simulated Annealing=====================
from sko.SA import SAFast
sa_fast = SAFast(func=demo_func, x0=[1, 1, 1], T_max=1, T_min=1e-9, q=0.99, L=300, max_stay_counter=150)
sa_fast.run()
print('Fast Simulated Annealing: best_x is ', sa_fast.best_x, 'best_y is ', sa_fast.best_y)
#===========1.2 Fast Simulated Annealing with bounds=====================
from sko.SA import SAFast
sa_fast = SAFast(func=demo_func, x0=[1, 1, 1], T_max=1, T_min=1e-9, q=0.99, L=300, max_stay_counter=150,
lb=[-1, 1, -1], ub=[2, 3, 4])
sa_fast.run()
print('Fast Simulated Annealing with bounds: best_x is ', sa_fast.best_x, 'best_y is ', sa_fast.best_y)
#===========2.1 Boltzmann Simulated Annealing====================
from sko.SA import SABoltzmann
sa_boltzmann = SABoltzmann(func=demo_func, x0=[1, 1, 1], T_max=1, T_min=1e-9, q=0.99, L=300, max_stay_counter=150)
sa_boltzmann.run()
print('Boltzmann Simulated Annealing: best_x is ', sa_boltzmann.best_x, 'best_y is ', sa_fast.best_y)
#===========2.2 Boltzmann Simulated Annealing with bounds====================
from sko.SA import SABoltzmann
sa_boltzmann = SABoltzmann(func=demo_func, x0=[1, 1, 1], T_max=1, T_min=1e-9, q=0.99, L=300, max_stay_counter=150,
lb=-1, ub=[2, 3, 4])
sa_boltzmann.run()
print('Boltzmann Simulated Annealing with bounds: best_x is ', sa_boltzmann.best_x, 'best_y is ', sa_fast.best_y)
#==================3.1 Cauchy Simulated Annealing==================
from sko.SA import SACauchy
sa_cauchy = SACauchy(func=demo_func, x0=[1, 1, 1], T_max=1, T_min=1e-9, q=0.99, L=300, max_stay_counter=150)
sa_cauchy.run()
print('Cauchy Simulated Annealing: best_x is ', sa_cauchy.best_x, 'best_y is ', sa_cauchy.best_y)
#==================3.2 Cauchy Simulated Annealing with bounds==================
from sko.SA import SACauchy
sa_cauchy = SACauchy(func=demo_func, x0=[1, 1, 1], T_max=1, T_min=1e-9, q=0.99, L=300, max_stay_counter=150,
lb=[-1, 1, -1], ub=[2, 3, 4])
sa_cauchy.run()
print('Cauchy Simulated Annealing with bounds: best_x is ', sa_cauchy.best_x, 'best_y is ', sa_cauchy.best_y)
2 Matlab實(shí)現(xiàn)
2.1 模擬退火法
clear
clc
T=1000; %初始化溫度值
T_min=1; %設(shè)置溫度下界
alpha=0.99; %溫度的下降率
num=1000; %顆粒總數(shù)
n=2; %自變量個(gè)數(shù)
sub=[-5,-5]; %自變量下限
up=[5,5]; %自變量上限
tu
for i=1:num
for j=1:n
x(i,j)=(up(j)-sub(j))*rand+sub(j);
end
fx(i,1)=fun(x(i,1),x(i,2));
end
%以最小化為例
[bestf,a]=min(fx);
bestx=x(a,:);
trace(1)=bestf;
while(T>T_min)
for i=1:num
for j=1:n
xx(i,j)=(up(j)-sub(j))*rand+sub(j);
end
ff(i,1)=fun(xx(i,1),xx(i,2));
delta=ff(i,1)-fx(i,1);
if delta<0
fx(i,1)=ff(i,1);
x(i,:)=xx(i,:);
else
P=exp(-delta/T);
if P>rand
fx(i,1)=ff(i,1);
x(i,:)=xx(i,:);
end
end
end
if min(fx)<bestf
[bestf,a]=min(fx);
bestx=x(a,:);
end
trace=[trace;bestf];
T=T*alpha;
end
disp('最優(yōu)解為:')
disp(bestx)
disp('最優(yōu)值為:')
disp(bestf)
hold on
plot3(bestx(1),bestx(2),bestf,'ro','LineWidth',5)
figure
plot(trace)
xlabel('迭代次數(shù)')
ylabel('函數(shù)值')
title('模擬退火算法')
legend('最優(yōu)值')function z=fun(x,y) z = x.^2 + y.^2 - 10*cos(2*pi*x) - 10*cos(2*pi*y) + 20;
function tu
[x,y] = meshgrid(-5:0.1:5,-5:0.1:5);
z = x.^2 + y.^2 - 10*cos(2*pi*x) - 10*cos(2*pi*y) + 20;
figure
mesh(x,y,z)%建一個(gè)網(wǎng)格圖,該網(wǎng)格圖為三維曲面,有實(shí)色邊顏色,無面顏色
hold on
xlabel('x')
ylabel('y')
zlabel('z')
title('z = x^2 + y^2 - 10*cos(2*pi*x) - 10*cos(2*pi*y) + 20')


這里有一個(gè)待嘗試的想法,先用蒙特卡洛/模擬退火迭代幾次全局去找最優(yōu)的區(qū)域,再通過其他有向最優(yōu)逼近過程的算法再進(jìn)一步尋優(yōu),或許會很大程度降低產(chǎn)生局部最優(yōu)解的概率。
下面是模擬退火和蒙特卡洛對上述函數(shù)尋優(yōu)的程序,迭代次數(shù)已設(shè)為一致,可以思考下兩種程序?qū)懛ǖ男省⒐餐c(diǎn)、缺點(diǎn)。理論研究講究結(jié)果好,實(shí)際應(yīng)用既要保證結(jié)果好也要保證程序運(yùn)算效率。
2.2 蒙特卡諾法
clear
clc
num=689000; %顆??倲?shù)
n=2; %自變量個(gè)數(shù)
sub=[-5,-5]; %自變量下限
up=[5,5]; %自變量上限
tu
x=zeros(num,n);
fx=zeros(num,1);
for i=1:num
for j=1:n
x(i,j)=(up(j)-sub(j))*rand+sub(j);
end
fx(i,1)=fun(x(i,1),x(i,2));
end
[bestf,a]=min(fx);
bestx=x(a,:);
disp('最優(yōu)解為:')
disp(bestx)
disp('最優(yōu)值為:')
disp(bestf)
hold on
plot3(bestx(1),bestx(2),bestf,'ro','LineWidth',5)
效果確實(shí)值得商榷。
到此這篇關(guān)于Python&Matla實(shí)現(xiàn)模擬退火法的示例代碼的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python&Matla 模擬退火法內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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