启发式算法简介
算法是一种解决问题的步骤集合,启发式算法则是在一定资源限制下,寻找接近最优解的方法。目前常见的启发式算法有蚁群算法、模拟退火法和神经网络等。
枚举法将所有可能的解决方案逐一检查,确保找到最佳答案,但随着问题规模增长,所需时间呈爆炸性增长。贪心法则选择当前看起来最优的解决方案,速度较快,但可能不总是找到最优解。
启发式算法,如邻域搜索,不完全遍历解空间,而是在部分空间内寻找最佳解。局部搜索策略则聚焦特定解的周围,通过不断调整来优化结果。邻域结构定义了解的临近关系,对搜索质量至关重要。
启发式算法的搜索过程持续迭代,直到满足终止条件,最终输出全局最优解。找到的解称为满意解,不能保证是最优解,因为算法仅探索解空间的部分区域。
邻域搜索类包括迭代局部搜索、模拟退火、变邻域搜索、禁忌搜索、自适应大邻域搜索等。群体仿生类则有遗传算法、蚁群算法、粒子群算法和人工鱼群算法。
具体应用包括使用禁忌搜索解决带时间窗的车辆路径问题,基于树表示法的变邻域搜索解决考虑后进先出的取派货旅行商问题,以及使用变邻域搜索解决Max-Mean dispersion问题。遗传算法则常用于解决混合流水车间调度问题。
一个示例:使用遗传算法解决旅行商问题(TSP)。遗传算法基于生物进化原理,适用于解决组合优化问题。在这个案例中,算法通过逐代优化城市顺序,以最小化旅行距离来寻找最佳路径。