爬山算法简介和Python实现实例

yipeiwu_com7年前Python基础

一、爬山法简介

爬山法(climbing method)是一种优化算法,其一般从一个随机的解开始,然后逐步找到一个最优解(局部最优)。 假定所求问题有多个参数,我们在通过爬山法逐步获得最优解的过程中可以依次分别将某个参数的值增加或者减少一个单位。例如某个问题的解需要使用3个整数类型的参数x1、x2、x3,开始时将这三个参数设值为(2,2,-2),将x1增加/减少1,得到两个解(1,2,-2), (3, 2,-2);将x2增加/减少1,得到两个解(2,3, -2),(2,1, -2);将x3增加/减少1,得到两个解(2,2,-1),(2,2,-3),这样就得到了一个解集:
(2,2,-2), (1, 2,-2), (3, 2,-2), (2,3,-2), (2,1,-2), (2,2,-1), (2,2,-3)
从上面的解集中找到最优解,然后将这个最优解依据上面的方法再构造一个解集,再求最优解,就这样,直到前一次的最优解和后一次的最优解相同才结束“爬山”。

二、Python实例

设方程 y = x1+x2-x3,x1是区间[-2, 5]中的整数,x2是区间[2, 6]中的整数,x3是区间[-5, 2]中的整数。使用爬山法,找到使得y取值最小的解。

代码如下:

复制代码 代码如下:

import random

def evaluate(x1, x2, x3):
    return x1+x2-x3

if __name__ == '__main__':
    x_range = [ [-2, 5], [2, 6], [-5, 2] ]
    best_sol = [random.randint(x_range[0][0], x_range[0][1]),
           random.randint(x_range[1][0], x_range[1][1]),
           random.randint(x_range[2][0], x_range[2][1])]

    while True:
        best_evaluate = evaluate(best_sol[0], best_sol[1], best_sol[2])
        current_best_value = best_evaluate
        sols = [best_sol]

        for i in xrange(len(best_sol)):
            if best_sol[i] > x_range[i][0]:
                sols.append(best_sol[0:i] + [best_sol[i]-1] + best_sol[i+1:])
            if best_sol[i] < x_range[i][1]:
                sols.append(best_sol[0:i] + [best_sol[i]+1] + best_sol[i+1:])
        print sols
        for s in sols:
            el = evaluate(s[0], s[1], s[2])
            if el < best_evaluate:
                best_sol = s
                best_evaluate = el
        if best_evaluate == current_best_value:
            break

    print 'best sol:', current_best_value, best_sol
某次运行结果如下:

[[0, 5, 1], [-1, 5, 1], [1, 5, 1], [0, 4, 1], [0, 6, 1], [0, 5, 0], [0, 5, 2]]
[[-1, 5, 1], [-2, 5, 1], [0, 5, 1], [-1, 4, 1], [-1, 6, 1], [-1, 5, 0], [-1, 5, 2]]
[[-2, 5, 1], [-1, 5, 1], [-2, 4, 1], [-2, 6, 1], [-2, 5, 0], [-2, 5, 2]]
[[-2, 4, 1], [-1, 4, 1], [-2, 3, 1], [-2, 5, 1], [-2, 4, 0], [-2, 4, 2]]
[[-2, 3, 1], [-1, 3, 1], [-2, 2, 1], [-2, 4, 1], [-2, 3, 0], [-2, 3, 2]]
[[-2, 2, 1], [-1, 2, 1], [-2, 3, 1], [-2, 2, 0], [-2, 2, 2]]
[[-2, 2, 2], [-1, 2, 2], [-2, 3, 2], [-2, 2, 1]]
best sol: -2 [-2, 2, 2]


可以看到,最优解是-2,对应的x1、x2、x3分别取值-2、2、2。

三、如何找到全局最优

爬山法获取的最优解的可能是局部最优,如果要获得更好的解,多次使用爬山算法(需要从不同的初始解开始爬山),从多个局部最优解中找出最优解,而这个最优解也有可能是全局最优解。

另外,模拟退火算法也是一个试图找到全局最优解的算法。

 

相关文章

python类的继承实例详解

python 类的继承 对于许多文章讲解python类的继承,大多数都是说一些什么oop,多态等概念,我认为这样可能对有一定基础的开发者帮助不是那么大,不如直接用在各种情况下所写的代码,...

python写一个md5解密器示例

python写一个md5解密器示例

前言: md5解密,百度了一下发现教程不是很多也不详细。 这个图都没一张。。。 0x01 windows环境,kali也可以啊 burpsuite requests模块 bs4模块 0...

python 常用的基础函数

Python: 1. print()函数:打印字符串 2. raw_input()函数:从用户键盘捕获字符 3. len()函数:计算字符长度 4. format(12.3654,'6....

用python拟合等角螺线的实现示例

用python拟合等角螺线的实现示例

人类很早就注意到飞蛾扑火这一奇怪的现象,并且自作主张地赋予了飞蛾扑火很多含义,引申出为了理想和追求义无反顾、不畏牺牲的精神。但是,这种引申和比喻,征求过飞蛾的意见吗? 后来,生物学家又提...

pandas 空数据处理方法详解

这篇文章主要介绍了pandas 空数据处理方法详解,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 方法一:直接删除 1.查看行或列是...