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(完整word版)蚁群算法报告

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蚁群算法报告学院:专业:学号:姓名:目录第一部分:蚁群算法原理介绍 (3)1.1蚁群算法的提出 (3)1.2蚁群算法的原理的生物学解释 (3)1.3蚁群算法的数学模型 (3)1.4蚁群算法实现步骤 (5)第二部分:蚁群算法实例--集装箱码头船舶调度模型 (6)2.1集装箱码头船舶调度流程图 (6)2.2算例与MATLAB编程的实现 (6)2.2.1算法实例 (6)2.2.2 Matlab编程 (8)第三章:MATLAB 优化设计工具箱简介 (14)3.1M ATLAB优化工具箱 (14)3.1.1优化工具箱功能: (15)3.2M ATLAB 优化设计工具箱中的函数 (15)3.2.2 方程求解函数 (15)3.2.3最小二乘(曲线拟合)函数 (16)3.2.4 使用函数 (16)3.2.5 大型方法的演示函数 (16)3.2.6 中型方法的延时函数 (16)3.4优化函数简介 (17)3.4.1优化工具箱的常用函数 (17)3.4.2 函数调用格式 (17)3.5模型输入时所需注意的问题 (19)第一部分:蚁群算法原理介绍1.1蚁群算法的提出蚂蚁是地球上最常见、数量最多的昆虫种类之一,常常成群结队地出现于人类的日常生活环境中。

受到自然界中真实蚁群集体行为的启发,意大利学者M.Dorig 。

于20世纪90年代初,在他的博士论文中首次系统地提出了一种基于蚂蚁种群的新型优化算法—蚁群算法}28}(Ant Colony Algorithm, ACA),并成功地用于求解旅行商问题,自1996年之后的五年时间里,蚁群算法逐渐引起了世界许多国家研究者的关注,其应用领域得到了迅速拓宽。

1.2蚁群算法的原理的生物学解释据观察和研究发现,蚂蚁倾向于朝着信息激素强度高的方向移动。

因此蚂蚁的群体行为便表现出了一种信息激素的正反馈现象。

当某条路径上经过的蚂蚁越多,该路径上存留的信息激素也就越多,以后就会有更多的蚂蚁选择它。

蚁群算法及案例分析精选全文

蚁群算法及案例分析精选全文
问过的节点;另外,人工蚁
群在选择下一条路径的时
候并不是完全盲目的,而是
按一定的算法规律有意识
地寻找最短路径
自然界蚁群不具有记忆的
能力,它们的选路凭借外
激素,或者道路的残留信
息来选择,更多地体现正
反馈的过程
人工蚁群和自然界蚁群的相似之处在于,两者优先选择的都
是含“外激素”浓度较大的路径; 两者的工作单元(蚂蚁)都
正反馈、较强的鲁棒性、全
局性、普遍性
局部搜索能力较弱,易出现
停滞和局部收敛、收敛速度
慢等问题
优良的分布式并行计算机制
长时间花费在解的构造上,
导致搜索时间过长
Hale Waihona Puke 易于与其他方法相结合算法最先基于离散问题,不
能直接解决连续优化问题
蚁群算法的
特点
蚁群算法的特点及应用领域
由于蚁群算法对图的对称性以
及目标函数无特殊要求,因此
L_ave=zeros(NC_max,1);
%各代路线的平均长度
while NC<=NC_max
%停止条件之一:达到最大迭代次数
% 第二步:将m只蚂蚁放到n个城市上
Randpos=[];
for i=1:(ceil(m/n))
Randpos=[Randpos,randperm(n)];
end
Tabu(:,1)=(Randpos(1,1:m))';
scatter(C(:,1),C(:,2));
L(i)=L(i)+D(R(1),R(n));
hold on
end
plot([C(R(1),1),C(R(N),1)],[C(R(1),2),C(R(N),2)])

蚁群算法(ACO)解决TSP问题

蚁群算法(ACO)解决TSP问题

蚁群算法(ACO)解决TSP问题⼀、蚁群算法1.基本原理蚁群算法(Ant Colony Optimization,ACO)是⼀种基于种群寻优的启发式搜索算法,有意⼤利学者M.Dorigo等⼈于1991年⾸先提出。

该算法受到⾃然界真实蚁群集体在觅⾷过程中⾏为的启发,利⽤真实蚁群通过个体间的信息传递、搜索从蚁⽳到⾷物间的最短路径等集体寻优特征,来解决⼀些离散系统优化中的困难问题。

经过观察发现,蚂蚁在寻找⾷物的过程中,会在它所经过的路径上留下⼀种被称为信息素的化学物质,信息素能够沉积在路径上,并且随着时间逐步挥发。

在蚂蚁的觅⾷过程中,同⼀蚁群中的其他蚂蚁能够感知到这种物质的存在及其强度,后续的蚂蚁会根据信息素浓度的⾼低来选择⾃⼰的⾏动⽅向,蚂蚁总会倾向于向信息素浓度⾼的⽅向⾏进,⽽蚂蚁在⾏进过程中留下的信息素⼜会对原有的信息素浓度予以加强,因此,经过蚂蚁越多的路径上的信息素浓度会越强,⽽后续的蚂蚁选择该路径的可能性就越⼤。

通常在单位时间内,越短的路径会被越多的蚂蚁所访问,该路径上的信息素强度也越来越强,因此,后续的蚂蚁选择该短路径的概率也就越⼤。

经过⼀段时间的搜索后,所有的蚂蚁都将选择这条最短的路径,也就是说,当蚁巢与⾷物之间存在多条路径时,整个蚁群能够通过搜索蚂蚁个体留下的信息素痕迹,寻找到蚁巢和⾷物之间的最短路径。

蚁群算法中,蚂蚁个体作为每⼀个优化问题的可⾏解。

⾸先随机⽣成初始种群,包括确定解的个数、信息素挥发系数、构造解的结构等。

然后构造蚁群算法所特有的信息素矩阵每只妈蚁执⾏蚂蚊移动算⼦后,对整个群体的蚂蚁做⼀评价,记录最优的蚂蚁。

之后算法根据信息素更新算⼦更新信息素矩阵,⾄此种群的⼀次选代过程完成。

整个蚂蚁群体执⾏⼀定次数的选代后退出循环、输出最优解。

2.术语介绍(1)蚂蚁个体。

每只蚂蚁称为⼀个单独的个体,在算法中作为⼀个问题的解。

(2)蚂蚁群体。

⼀定数量的蚂蚁个体组合在⼀起构成⼀个群体,蚂蚁是群体的基本单位。

蚁群算法最全集PPT课件

蚁群算法最全集PPT课件
参数优化方法
采用智能优化算法,如遗传算法、粒子群算法等,对算法参数进行 优化,以寻找最优参数组合,提高算法性能。
04
蚁群算法的实现流程
问题定义与参数设定
问题定义
明确待求解的问题,将其抽象为优化 问题,并确定问题的目标函数和约束 条件。
参数设定
根据问题的特性,设定蚁群算法的参 数,如蚂蚁数量、信息素挥发速度、 信息素更新方式等。
动态调整种群规模
根据搜索进程的需要,动态调整参与搜索的蚁群规模,以保持种群 的多样性和搜索的广泛性。
自适应调整参数
参数自适应调整策略
根据搜索进程中的反馈信息,动态调整算法参数,如信息素挥发速 度、蚂蚁数量、移动概率等。
参数动态调整规则
制定参数调整规则,如基于性能指标的增量调整、基于时间序列的 周期性调整等,以保持算法性能的稳定性和持续性。
06
蚁群算法的优缺点分析
优点
高效性
鲁棒性
蚁群算法在解决组合优化问题上表现出高 效性,尤其在处理大规模问题时。
蚁群算法对噪声和异常不敏感,具有较强 的鲁棒性。
并行性
全局搜索
蚁群算法具有天然的并行性,可以充分利 用多核处理器或分布式计算资源来提高求 解速度。
蚁群算法采用正反馈机制,能够实现从局 部最优到全局最优的有效搜索。
强化学习
将蚁群算法与强化学习相结合,利用强化学习中的奖励机制指导 蚁群搜索,提高算法的探索和利用能力。
THANKS
感谢观看
蚂蚁在移动过程中会不断释放新 的信息素,更新路径上的信息素 浓度。
蚂蚁在更新信息素时,会根据路 径上的信息素浓度和自身的状态 来决定释放的信息素增量。
搜索策略与最优解的形成
搜索策略

《蚁群算法介绍》课件

《蚁群算法介绍》课件
总结词
输出最优解和相关性能指标。
详细描述
这一步是将最优解和相关性能指标输出,以 便于对算法的性能进行分析和评估。
04
蚁群算法的性能分析
收敛性分析
收敛速度
蚁群算法在优化问题中的收敛速度取决于初始信息素分布、蚂蚁数量、迭代次数等因素 。
最优解质量
蚁群算法在某些问题上可能找到全局最优解,但在其他问题上可能只能找到近似最优解 。
VS
详细描述
这一步是生成初始解的过程,需要按照设 定的规则,将蚂蚁随机放置在解空间中, 并初始化每条路径上的信息素。
迭代优化
总结词
通过蚂蚁的移动和信息素的更新,不断优化 解的质量。
详细描述
这一步是蚁群算法的核心部分,通过模拟蚂 蚁的移动和信息素的更新机制,不断迭代优 化解的质量,最终找到最优解。
结果
多目标优化问题的蚁群算法
针对多目标优化问题,蚁群算法需要 进行相应的改进。
VS
多目标优化问题要求算法在满足多个 冲突目标的同时找到最优解。这需要 对蚁群算法进行相应的调整,以适应 多目标优化的特性。例如,可以通过 引入权重因子来平衡各个目标之间的 矛盾,或者采用非支配排序方法对解 进行分层处理,以便更好地处理多目 标优化问题。
蚁群算法的优化目标
寻找最短路径
蚁群算法的主要目标是找到起点到终 点之间的最短路径,这在实际应用中 可用于解决如旅行商问题、车辆路径 问题等优化问题。
平衡搜索与探索
蚁群算法需要在搜索和探索之间取得 平衡,以避免陷入局部最优解,提高 算法的全局搜索能力。
03
蚁群算法的实现步骤
问题建模
总结词
将实际问题抽象为蚁群算法能够解决的问题模型。
蚂蚁根据局部信息素浓度选择移动方向,倾向于选择信息素浓度较高的路径。

蚁群算法 文档

蚁群算法  文档

蚁群算法理论:生物学家发现,蚁群在外出寻找食物时,总能合理运用最短的时间,找到蚁穴与食物最短的路径。

蚁群中的每一只蚂蚁都是一个单独的个体,蚁群算法理论:生物学家发现,蚁群在外出寻找食物时,总能合理运用最短的时间,找到蚁穴与食物最短的路径。

蚁群中的每一只蚂蚁都是一个单独的个体,他们在寻找食物时,能够在自己所走的线路上留下信息(一种化学成分的信息,可以帮助蚂蚁判断这条路走过了多少只蚂蚁),如果有2条路,都能够从蚁穴到达食物源,当蚂蚁来到“十字路口”他们会判断这2条路那一条路走过的蚂蚁更多,然后选择自己认为的最短的路线。

在寻到食物的过程中每一只蚂蚁都在不断斧正自己路线是否是最短的。

蚁群算法理论运用到seo优化Maoseomao经常听说这样的一句话:“做seo就是比的资源,言外之意就是比的外链的质量和数量”。

那么我们如何把蚁群算法理论运用到seo外链获取上面呢?下面笔者做一个对比,大家就能明白如何利用蚁群算法理论了:蚁群:蚁群都有一个共同的目标-获得最近的食物。

Seo:获得更多,更好质量的外链。

蚁群:拥有几百万,甚至几千万的蚂蚁个体同时协作。

Seo:至少拥有5个以上的seo外链专员。

蚁群:能够在其路过的地方留下信息素。

Seo:5个seo外链专员可以有一个负责人,记录这5个seo外链专员的工作,并且时时刻刻做到相互沟通。

蚁群:食物与蚁穴比较长的路线慢慢会被抛弃掉。

Seo:外链效果查的方法慢慢被抛弃掉。

蚁群:食物与蚁穴最近的线路会被蚁群采用。

Seo:做外联效果好的方法慢慢被5个seo外链专员采用。

蚁群:最后在最短的时间,把最美味的食物运回蚁穴中。

Seo:最短的时间,比高出对手一倍的速度增加高质量的外链,获得关键词排名前10名。

总结:通过以上对比,我想大家应该知道这个蚁群算法理论该如何运用了。

网络推广在运用这个蚁群算法理论的过程中我们需要注意的几点:1.蚂蚁是一个群体,他们每一只蚂蚁的共同目标是:“寻找到食物与蚁穴最短的路线,更快的把食物运回蚁穴”;seo外链专员的共同目标:“寻找自己所做优化网站相关的更高质量的,更多的外链”。

浅谈蚁群算法

浅谈蚁群算法

一、引言蚁群算法(Ant Colony Optimization, ACO),是一种用来在图中寻找优化路径的算法。

它由Marco Dorigo于1992年在他的博士论文中提出,其灵感来源于蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的行为。

蚁群算法是一种模拟进化算法,初步的研究表明该算法具有许多优良的性质。

蚁群算法成功解决了旅行商问题(Traveling Salesman Problem, TSP):一个商人要到若干城市推销物品,从一个城市出发要到达其他各城市一次而且最多一次最后又回到第一个城市。

寻找一条最短路径,使他从起点的城市到达所有城市一遍,最后回到起点的总路程最短。

若把每个城市看成是图上的节点,那么旅行商问题就是在N个节点的完全图上寻找一条花费最少的回路。

最基本的蚁群算法见第二节。

目前典型的蚁群算法有随机蚁群算法、排序蚁群算法和最大最小蚁群算法,其中后两种蚁群算法是对前一种的优化。

本文将终点介绍随机蚁群算法。

二、基本蚁群算法(一)算法思想各个蚂蚁在没有事先告诉他们食物在什么地方的前提下开始寻找食物。

当一只找到食物以后,它会向环境释放一种信息素,信息素多的地方显然经过这里的蚂蚁会多,因而会有更多的蚂蚁聚集过来。

假设有两条路从窝通向食物,开始的时候,走这两条路的蚂蚁数量同样多(或者较长的路上蚂蚁多,这也无关紧要)。

当蚂蚁沿着一条路到达终点以后会马上返回来,这样,短的路蚂蚁来回一次的时间就短,这也意味着重复的频率就快,因而在单位时间里走过的蚂蚁数目就多,洒下的信息素自然也会多,自然会有更多的蚂蚁被吸引过来,从而洒下更多的信息素。

因此,越来越多地蚂蚁聚集到较短的路径上来,最短的路径就找到了。

蚁群算法的基本思想如下图表示:图1 等概率选择图2 最优路径图3 最优比重(二)算法描述基本蚁群算法的算法简单描述如下:1.所有蚂蚁遇到障碍物时按照等概率选择路径,并留下信息素;2.随着时间的推移,较短路径的信息素浓度升高;3.蚂蚁再次遇到障碍物时,会选择信息素浓度高的路径;4.较短路径的信息素浓度继续升高,最终最优路径被选择出来。

蚁群算法的讲解

蚁群算法的讲解
群内间接通信的物质。由于较短路径上蚂蚁的往返时间比较短,单位时间内经过该
路径的蚂蚁多,所以信息素的积累速度比较长路径快。因此,当后续蚂蚁在路口时
,就能感知先前蚂蚁留下的信息,并倾向于选择一条较短的路径前行。这种正反馈
机制使得越来越多的蚂蚁在巢穴与食物之间的最短路径上行进。由于其他路径上的
信息素会随着时间蒸发,最终所有的蚂蚁都在最优路径上行进。
TSP作为应用实例提出的。
TSP 问题(Traveling Salesman Problem,旅行商问题)
是数学领域中著名问题之一。
问题概述:假设有一个旅行商人要拜访n个城市,他必须
选择所要走的路径,路径的限制是每个城市只能拜访一次,
而且最后要回到原来出发的城市。路径的选择目标是要求得
的路径路程为所有路径之中的最小值。TSP问题是一个NP问
整数,表示算法已经收敛,不再需要继续;
4. 目标值控制规则,给定优化问题(目标最小化)的一
个下界和一个误差值,当算法得到的目标值同下界之
差小于给定的误差值时,算法终止。
71
例 1 旅行商问题(TSP 问题)假设有一个旅行商人
要拜访全国 31 个省会城市,他需要选择所要走的路
径,路径的限制是每个城市只能拜访一次,而且最
后要回到原来出发的城市。路径的选择要求是:所
选路径的路程为所有路径之中的最小值。全国 31 个
省会城市的坐标为 [1304 2312; 3639 1315; 4177
2244; 3712 1399; 3488 1535; 3326 1556; 3238
1229; 4196 1004; 4312 790; 4386 570; 3007 1970;
致、有形的结构。经过“演化”,有些死亡,有些静止,有些

《蚁群算法》PPT

《蚁群算法》PPT
图像边缘检测
Thank you so much for your time,and have a nice day.
可选路径较少,使种群陷入局部最优。
信息素重要程度因子
蚂蚁选择以前已经走过的路可能性较大, 会使蚁群的搜索范围减小容易过早的收
容易使随机搜索性减弱。
敛,使种群陷入局部最优。
启发函数重要程度因子 虽然收敛速度加快,但是易陷入局部最优
蚁群易陷入纯粹的随机搜索,很难找到 最优解
信息素挥发因子
各路径上信息素含量差别较小,收敛速 信息素挥发较快,容易导致较优路径被排除 度降低
2.并行的算法
每只蚂蚁搜索的过程彼此独立,仅通过信 息激素进行通信。 在问题空间的多点同时开始进行独立的解 搜索,不仅增加了算法的可靠性,也使得算 法具有较强的全局搜索能力。
3
蚁群算法的基本步骤
1)初始化参数;2)构建解空间;3)更新信息素;4)判断终止与迭代。
3 蚁群算法的基本步骤
优化问题与蚂蚁寻找食物的关系
0.04
0.04
0.92 到城市1 到城市3 到城市5
3.3 更 新 信 息 素
蚂蚁访问完所有城市之后,进行信息素的更新。信息素的更新包括挥发和蚂蚁的产生,由以下 公式决定:
第 t+1 次 循 环 后 城 市 i 到 城市j上的信息素含量
信息素残留系数=1-信息素挥发因子
ij (t 1) (1 ) ij (t) ij , (0 1)
2.2 蚁 群 算 法 的 特 点
1.自组织的算法
自组织:组织力或组织指令是来自于系 统的内部。 在抽象意义上讲,自组织就是在没有外 界作用下使得系统嫡减小的过程(即是 系统从无序到有序的变化过程)。

蚁群算法详细讲解课件

蚁群算法详细讲解课件
信息素增量
蚂蚁在移动过程中会根据路径的长度和信息素浓度等因素来决定释放多少信息素。一般来说,路径越 短、信息素浓度越高,蚂蚁释放的信息素就越少。
参数选择与调整
参数敏感性分析
在蚁群算法中,参数的选择对算法的性 能和结果有很大的影响。因此,需要对 算法的参数进行敏感性分析,了解参数 变化对算法性能的影响。
起源与发展
起源
蚁群算法最初受到对自然界中蚂蚁觅 食行为的研究启发,观察到蚂蚁通过 信息素传递路径信息,能够找到最短 或最优的路径。
发展
蚁群算法经过多年的研究和发展,已 经逐渐完善和改进,包括引入启发式 信息、多种群并行计算等技术,提高 了算法的效率和稳定性。
应用领域
01
02
03
04
组合优化问题
蚁群算法在组合优化问题中应 用广泛,如旅行商问题、车辆
参数调整
蚁群算法中的参数对算法性能有很大影响,如何 根据不同问题调整参数是一个挑战。
理论支撑
目前蚁群算法的理论支撑还不够完善,需要进一 步深入研究其数学基础和原理。
应用领域的拓展
组合优化问题
01
蚁群算法在组合优化问题中有广泛应用,但仍需进一步探索其
在其他类型问题中的应用。
多目标优化问题
02
目前蚁群算法在多目标优化问题中的应用还比较少,需要加强
增强
蚂蚁经过的路径上信息素 浓度会增加。
竞争
不同蚂蚁对信息素的贡献 不同,根据贡献调整信息 素浓度。
蚂蚁系统的集体行为
自组织
蚂蚁通过个体行为形成整 体有序状态,无需中央控 制。
协同工作
蚂蚁之间相互协作,共同 完成目标任务。
优化搜索
通过信息素传递和蚂蚁的 移动规则,逐渐找到最优 路径。

蚁群算法

蚁群算法

蚁群优化算法的JA V A实现收藏蚁群算法简介蚁群算法是群智能算法的一种,所谓的群智能是一种由无智能或简单智能的个体通过任何形式的聚集协同而表现出智能行为,它为在没有集中控制且不提供全局模型的前提下寻找复杂的分布式问题求解方案提供了基础,比如常见的蚂蚁觅食,大雁南飞等行为。

蚁群算法是模拟自然界中蚂蚁觅食的一种随机搜索算法,由Dorigo等人于1991年在第一届欧洲人工生命会议上提出[1] 。

蚁群算法的生物原理通过观察发现,蚁群在觅食的时候,总能找到一条从蚁巢到食物之间的一条最短的路径。

这个现象引起了生物学家的注意,根据研究,原来是蚂蚁在行进的过程中,会分泌一种化学物质——信息素,而蚂蚁在行进时,总是倾向于选择信息素浓度比较高的路线。

这样,在蚁巢和食物之间假如有多条路径,初始的时候,每条路径上都会有蚂蚁爬过,但是随着时间的推迟,单位时间内最短的那条路上爬过的蚂蚁数量会比较多,释放的信息素就相对来说比较多,那么以后蚂蚁选择的时候会大部分都选择信息素比较多的路径,从而会把最短路径找出来。

蚁群算法正是模拟这种蚁群觅食的原理,构造人工蚂蚁,用来求解许多组合优化问题。

有关蚁群算法的详细信息,可参考[2]——[5]。

蚁群算法的JA V A实现我个人认为利用JA V A编写一些计算密集型的算法不是一个好的选择。

本身一些算法是要要求高效率的,但是我感觉JA V A语言的性能不够,所以编写算法最好用c,其次也可以用c++。

当然,这仅是一家之言,欢迎拍砖。

此处使用JA V A的原因是为了演示算法的框架,给出一种思路,如果需要c++的参考,可以参考,如果需要c的代码,可以上http://iridia.ulb.ac.be/~mdorigo/ACO/ACO.html, 这个可以看作是ACO的官方网站了,里面的内容比较多。

算法说明算法以求解TSP问题为例,用来演示ACO的框架。

算法设定了两个类,一个是ACO,用来处理文件信息的读入,信息素的更新,路径的计算等;另一个是ant,即蚂蚁的信息。

《蚁群算法》课件

《蚁群算法》课件
《蚁群算法整理》ppt课件

CONTENCT

• 蚁群算法简介 • 蚁群算法的基本原理 • 蚁群算法的实现过程 • 蚁群算法的改进策略 • 蚁群算法的性能评价 • 蚁群算法的应用案例
01
蚁群算法简介
蚁群算法的基本概念
蚁群算法是一种模拟自然界中蚂蚁觅食行为的优化 算法,通过模拟蚂蚁的信息素传递机制来寻找最优 解。
02
蚁群算法的基本原理
信息素的挥发与更新
信息素挥发与更新是蚁群算法中一个重要的过程,它影响着蚂蚁 的移动和信息传递。
在蚁群算法中,信息素是蚂蚁之间传递的一种化学物质,用于标 识路径的优劣。信息素会随着时间的推移而挥发,同时蚂蚁在移 动过程中会释放新的信息素。挥发和更新的过程是动态的,影响 着蚂蚁对路径的选择。
要点一
总结词
信息素更新规则是蚁群算法中的重要环节,通过改进信息 素更新规则,可以提高算法的性能。
要点二
详细描述
在蚁群算法中,信息素更新规则决定了蚂蚁在移动过程中 如何更新信息素。改进信息素更新规则可以提高算法的全 局搜索能力和局部搜索能力。例如,可以采用动态调整策 略,根据蚂蚁的移动路径和状态动态调整信息素的更新量 ,或者采用自适应策略,根据问题的特性和求解结果自适 应地调整信息素更新规则,以提高算法的性能。
详细描述
在蚁群算法中,信息素挥发速度决定了信息素消散的快慢。较慢的挥发速度可以使信息素积累,有利于增强算法 的全局搜索能力;较快的挥发速度则有利于算法的局部搜索。通过调整信息素的挥发速度,可以在全局搜索和局 部搜索之间取得平衡,提高算法的效率和稳定性。
蚂蚁数量与移动规则的调整
总结词
蚂蚁数量和移动规则是蚁群算法中的重要参数,通过调整这些参数,可以改善算法的性 能。

蚁群算法

蚁群算法

§2.3蚁群算法§2.3.1 蚁群算法的思想蚁群算法是受生物界中蚂蚁觅食行为启发而来。

生物界中的蚂蚁有能力在没有任何可见提示下找出从蚁穴到食物源的最短路径,并且能够随环境的变化而变化去搜索新路径,产生新选择,其机理在于蚂蚁在其走过的路径上释放一种信息素,信息素承载着路况信息,蚂蚁在行进过程中能够感知这种信息素的存在和其强度,并指导自己的行进方向,使蚂蚁倾向于向信息素强度高的方向爬行。

这无疑非常适合动态航迹规划问题。

蚁群算法最重要的特点就是创造性地使用了启发信息,即通过引入信息素播撒机制[14],将之前搜索到的最优解用于指导后续的搜索。

在蚁群算法的众多改进算法中,对信息素播撒机制的改进是研究者最为关注的一点。

蚁群算法与其他搜索算法相结合,来改进蚁群算法是一条重要途径。

§2.3.2 蚁群算法模型一只蚂蚁的智力是很有限的,但很多蚂蚁之间通过一些信息激素进行协同作用,实现蚂蚁之间的信息交流,其效果往往令人惊讶。

下面将简单的介绍一下蚂蚁群是怎样通过信息素进行协同作用的,并如何最终找到从蚁穴到食物的最短路径。

在图2.6中,A为出发点(即蚁穴),B为食物源,从图上可见蚂蚁要获得食物有两条路可走,我们可以很容易的比较出路径A-C-B较路径A-D-B长,然而蚂蚁是不知道这一点的。

现在假设有两只蚂蚁1和2,在蚂蚁1和2向食物移动的方向上有两条路径可以选择,在初始条件下,两条路径上的信息素量都为零,因此两只蚂蚁选择两条路径的概率均为0.5,在这里,假设蚂蚁1选择了路径A-C-B,蚂蚁2选择了路径A-D-B,在此强调两只蚂蚁的行走速度是一样的。

很明显,选择短路径的蚂蚁2将先到达B点,当蚂蚁2要返回时,要选择信息素气味重的路径,由于此时蚂蚁1还在路上,故蚂蚁2选择了原路返回,当蚂蚁2到达A点时,假设的蚂蚁3出发,根据蚂蚁会选择信息素气味较重的路径这一原理,蚂蚁3选择路径A-D-B,因为此路径已经有两次蚂蚁通过的经历,如此由大量的蚂蚁组成的群体便表现出一种信息正反馈现象,即随着路径A-D-B上通过蚂蚁数量的增加,后来的蚂蚁选择此路径的概率就越大,而这正是两点之间的最短路径。

蚁群算法原理介绍

蚁群算法原理介绍

缺点分析
01
易陷入局部最优解
在某些情况下,蚁群算法可能会 陷入局部最优解,导致无法找到
全局最优解。
03
计算量大
蚁群算法需要大量的计算资源, 对于大规模问题可能会变得低效

02
参数设置困难
蚁群算法的参数选择对结果影响 较大,参数设置不当可能导致算
法性能下降。
04
适用性问题
蚁群算法适用于连续、离散、静 态或动态优化问题,但对于某些 特定问题可能不是最优选择。
06 蚁群算法的应用实例
TSP问题求解
总结词
蚁群算法在TSP问题求解中表现出色,能够 找到接近最优解的路径。
详细描述
TSP问题是一个经典的组合优化问题,旨在 寻找一条旅行路线,使得一组城市被访问且 仅被访问一次,最后返回到起始城市,且总 旅行距离最短。蚁群算法通过模拟蚂蚁觅食 行为,利用信息素传递机制,在解空间中搜 索最优解。通过不断迭代更新,蚁群算法能 够找到接近最优解的路径。
蚁群算法原理介绍
目 录
• 蚁群算法概述 • 蚁群算法的基本原理 • 蚁群算法的实现过程 • 蚁群算法的优化策略 • 蚁群算法的优缺点分析 • 蚁群算法的应用实例
01 蚁群算法概述
定义与特点
定义
蚁群算法是一种模拟自然界中蚂 蚁觅食行为的优化算法,通过模 拟蚂蚁的信息素传递过程来寻找 最优解。
特点
环境中的一些特征也会被蚂蚁利用, 如地形的高低、障碍物的分布等,这 些特征会影响蚂蚁的移动路径和信息 素挥发。
03 蚁群算法的实现过程初始阶段参数设定在蚁群算法的初始化阶段,需要设定一些基本参数,如蚂蚁数量、信息素挥发 速度、信息素初始值等。这些参数对算法的性能和结果有着重要影响。

蚁群算法简述PPT课件

蚁群算法简述PPT课件
12
2.蚁群算法的特征
基本蚁群算法流程图(详细)
1. 在初始状态下,一群蚂蚁外出,此时没有信息素,那 么各自会随机的选择一条路径。 2. 在下一个状态,每只蚂蚁到达了不同的点,从初始点 到这些点之间留下了信息素,蚂蚁继续走,已经到达目 标的蚂蚁开始返回,与此同时,下一批蚂蚁出动,它们 都会按照各条路径上信息素的多少选择路线(selection), 更倾向于选择信息素多的路径走(当然也有随机性)。 3. 又到了再下一个状态,刚刚没有蚂蚁经过的路线上的 信息素不同程度的挥发掉了(evaporation),而刚刚经过 了蚂蚁的路线信息素增强(reinforcement)。然后又出动 一批蚂蚁,重复第2个步骤。 每个状态到下一个状态的变化称为一次迭代,在迭代多 次过后,就会有某一条路径上的信息素明显多于其它路 径,这通常就是一条最优路径。
蚂蚁在运动过程中,能够在它所经过的路径 上留下一种称之为外激素(pheromone)的物质进 行信息传递,而且蚂蚁在运动过程中能够感知这 种物质,并以此指导自己的运动方向,因此由大 量蚂蚁组成的蚁群集体行为便表现出一种信息正 反馈现象:某一路径上走过的蚂蚁越多,则后来 者选择该路径的概率就越大。
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1.蚁群算法的提出
ACO),又称蚂蚁算法——一种用来在图中 寻找优化路径的机率型算法。
它由Marco Dorigo于1992年在他的博士 论文“Ant system: optimization by a colony of cooperating agents”中提出,其 灵感来源于蚂蚁在寻找食物过程中发现路径的 行为。最早用于解决著名的旅行商问题(TSP , traveling salesman problem)。
式中,Q表示蚂蚁循环一周,且在一定程度上影响算法收敛速度的信息 素总量;Lk表示本次循环中,蚂蚁k所走路段的长度。
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由上表可以看出,在同规模的测试问题上,三种算法收敛 到最优解的迭代次数相差很大,结果表明蚁群算法的收敛速度 最快。
四、蚁群算法的应用 蚁群算法作为一种新的群体职能启发是优化方法,自 M. Dorigo 等首次将其应用于 TSP 以来,国内外许多学者对其进行 了大量的研究工作,将其推广到了诸多优化领域,其中包括二 次 分 配 问 题(QAP)、车 间 任 务 调 度 问 题(JSP)、车 辆 路 线 问 题 (VRP)、大规模集成电路综合布线以及网络路由问题等。 1 QAP 问题 QAP 问题的目标函数可以用一个 n×n 的对称矩阵来描 述。蚁群算法是基于它和 TSP 问题这方面的相似性来解决问题 的。QAP 问题的目标函数矩阵 S 通过距离向量 D 和流向量 F 的组合组成,Sth=d1fh。蚂蚁根据可见度信息 ηth 来选择下一个节 点,其中 ηth=1/Sth。矩阵 S 的元素值用作启发因子。 2 JSP 问题 JSP 问题可以用一个加权图描述。每条边的权值用参数
三、蚁群算法与遗传算法、模拟退火算法的比较 遗传算法(GA)是一种基于生物自然选择与遗传机理的随 机搜索算法。它从一组随机产生的、称为种群(Population)的初 始解开始搜索进化。模拟退火算法(SA) 是基于物理中固体物质 的退火过程与一般组和优化问题之间的相似性。模拟退火算法 是一种通用的优化算法。 以 Oliver30 城市、Eil50 城市和 Eil75 城市 TSP 应用为例, 对蚁群算法、遗传算法和模拟退火算法进行收敛速度比较,得 到如下仿真结果。
望启发因子,表示能见度的相对重要性;η(ji t)为启发函数,其表 达式如下:η(ji t)=1/dij
式中 dij 表示相邻 2 个城市之间的距离。该启发函数表示 蚂蚁从元素 i 转移到元素 j 的期望程度。
经过 n 个时刻,蚂蚁完成一次循环,各路径上信息素量根

Σ 据下式调整 τ(ij t+n)=(1-p)τ(ij t)+△τ(ij t) △τ(ij t)= △τk(ij t) k=1 式中 p 表示信息挥发因子,(1-p)为信息轨迹的衰减系数,
on (keyPress "") { play(); } 同样道理,独立播放器里的弹出菜 单也应该在开始被禁用: fscommand ("showmenu", "false");
4.结束语 在制作 Flash 动画过程中,声音导 入的时候要注意是否为 Flash 允许的格 式,且要注意采样频率等技术参数是否 符合 Flash 技术参数要求。可以把所有 的声音设置成 Stream 模式,以便调整动 画和声音完全匹配。当确声音动画全部 匹配以后,再把所有声音设置成 event, 然后设置 Nullsound 为 |Stream 以缩小文 件体积。有条件的情况下,尽量分割各项 音乐元素,提取合并可以循环利用部分, 然后利用 Flash 作为混音器来使用,这 样将有效的减少输出文件的大小。
INTELLIGENCE 科技天地
浅谈蚁群算法
北方民族大学 电气信息工程学院 马莉莉
摘 要:本文介绍了一种新型模拟进化算法—— —蚁群算法。该方法通过模拟蚁群搜索食物的过程,达
到求解组合优化问题的目的。
关键字:蚁群算法 信息素 组合优化
一、引言
的概率相对较大,这样便形成了一个正反馈机制。最优路径上
“万物精灵奇纤巧,鞠躬尽瘁堪杰豪。觅食筑穴勤劳作,仿 的信息量越来越大,而其他路径上的信息量却会随着时间的推
式中 α 为信息启发因子,表示轨迹的相对重要性;β 为期
个文件放到 timeline 里面,然后设置为 Stream 方式,并设置循环次数以便声音 一直延长到 Flash 的结尾。我们只设置 这个 NULLSOUND 文件为 Stream 方式 的,其他声音用层来组织,都设置成 event 方式。这样,我们就可以把 Stream 声音的输出质量设置成足够低(ADPCM 5 kHz 2 bit)同时却不影响整个音乐的 音质,因为 event 方式的声音可以设置 高一些比如 ADPCM 11 kHz 4 bit。这 种方法也被称作 Str0 技术。
△τ(ij t) 表示本次循环中路径(i,j)上的信息素增量,△τk(ij t) 表 示第 k 只蚂蚁在本次循环中留在路径(i,j)上的信息量。
根据信息素更新策略的不同,M.Dorigo 曾提出 3 种不同的 基本蚁群算法模型,即 Ant-Cycle 模型、Ant-Quantity 模型及 Ant-Density, 其 差 别 在 于 △τkij (t) 求 法 的 不 同 。 其 中 Ant-Quantity 模型和 Ant-Density 模型利用的是局部信息;而 Ant-Cycle 模型利用的是整体信息,在求解 TSP 时性能较好,因 此通常采用 Ant-Cycle 模型作为蚁群算法的基本模型。
问题名称
ACS
GA
SA
Optimum
Oliver30
420
421
424
420
迭代次数 [1470][3200][2417]Eil50 迭代次数
432 [2412]
428 [25000]
443 [68512]
428
Eil75 迭代次数
540 [4393]
545 [80000]
580 [173250]
参考文献 [1] 段海滨《: 鹧鸪天·蚁群算法》.南航报.2005 [2] Meuleau N and Dorigo M; Ant colony optimization and stochastic gradient descent [M];Artif. Life; 2002 年 [3] 段海滨、王道波、于秀芬:《蚁群算法的研究现状及其展 望》[A].中国工程科学.2007(. 9)2 [4] 李士勇、陈永强、李研:《蚁群算法及其应用》。哈尔滨 : 哈尔滨工业大学出版社,2004
使用“Stop All Sound”动作来关闭。使用 这种方法,我们也可以在影片中灵活的 切换 Stream 模式或者是 event 模式,也就 是可以在恒定帧速率以及帧速率可变模 式中切换。这就是所谓的 Str00 技术。
Str00 技术的也是有缺陷的:假设用 户使用独立播放器来播放 Flash,那么如 果用户在播放时候敲回车键,那么 Flash 将停止所有的声音播放,即使再按回车 继续播放,其他声音都能正常播放,而 Stream 的声音将不能播放。因为 Stream 声音的关键帧是在最前面,这样的后果 就是播放的 Stream 模式被关闭了,也就 是恒定帧速率模式被关闭了。要避免这 个问题,可以安置一个隐形的按钮来捕 抓按键动作:
生学界蓬碧草。”[1]个体较小、简单的蚂蚁不辞辛劳的寻找着食 物,构建着自己的蚂蚁王国。就是他们这看似简单,其实有着高 度协调、分工、合作的行为,打开了仿生优化领域的新局面。
从蚂蚁群体寻找最短路径觅食行为受到启发,意大利学者 M.Dorigo 等人 1991 年提出了一种模拟自然界蚁群行为的模拟 进化算法—— —人工蚁群算法,简称蚁群算法(Ant Colony Algo- rithm,ACA)。
{τk1,ηk1}对表示。信息 τk1 和可见度 ηk1 是通过最长进程时或者最 短完成时间等要求决定。蚂蚁遍历节点的顺序就是相应的解决 答案。在解决 10×10 和 10×15 的 JSP 问题中,蚂蚁算法的解 与最优解的误差在 10%之内。这是一个相当不错的结果。
3 VRP 问题 VRP 问题来源于交通运输。已知 M 辆车,每辆车的容量为 D,目的是找出最佳行车路线在满足某些约束条件下使得运输 成本最小。利用蚁群算法研究 VRP 结果表明,该方法优于模拟 退火和神经网络,稍逊于禁忌算法。 4 大规模集成电路综合布线问题 大规模集成电路中的综合布线可以采用蚁群算法的思想 来进行。在布线过程中,各个引脚对蚂蚁的引力可根据引力函 数来计算。各个线网 Agent 根据启发策略,象蚁群一样在开关 盒网格上爬行,所经之处便布上一条金属线,历经一个线网的 所有引脚之后,线网便布通了。给定一个开关盒布线问题,问题 的计算量是固定不变的,主要由算法的迭代次数决定,而迭代 次数由 Agents 的智能和开关盒问题本身的性质确定。蚁群算法 本身的并行性,使之比较适合于解决布线问题。 5 网络路由问题 电信网络中的路由是通过路由表进行的。在每个节点的路 由表中,对每个目的节点都列出了与该节点相连的节点,当有 数据包到达时,通过查询路由表可知道下一个将要到达的节 点。首先对路由表中的信息素强度进行初始化。在节点 x,以节 点 i 为目的地址,邻节点为 J 处的信息素强度为 τth=1/dth,dth 为 从 x 经节点 J 到节点 i 路径的最小费用值。然后周期性地释放 蚂蚁来进行路由,并修改相应的信息素的值。仿真结果表明,无 论呼叫是均匀分布还是集中分布,利用蚁群算法所得呼叫拒绝 率和平均路径长度均小于最小负载法结果;在呼叫符合集中分 布时,蚁群算法所得呼叫拒绝率低于最短路径法。 五、结论 蚁群算法是一种源于自然界中生物的新的仿生类模拟进 化算法,对求解复杂组合优化问题有如下的优势:①较强的鲁 棒性,对蚁群算法模型稍加改动,便可应用于其他问题。②分布 式计算,蚁群算法是一种基于种群的进化算法,具有并行性。③ 蚁群算法易于与其他启发式算法结合,从而改善算法的性能。 但是蚁群算法的研究才刚起步,不像其他启发式算法那样已有 系统的分析方法和坚实的数学基础。因此参数的选择依靠实验 和经验,且计算时间长,这些有待进一步研究。 “苦探索,历辛劳,寻优之径觅隐遥。蚁群算法奇葩绽,五洲 育苗更艳娇。”随着研究的深入,蚁群算法也将同其他模拟进化 算法一样,获得广泛的应用,今后这一新兴的仿生优化算法必 将更加欣欣向荣!
参考文献 [1] 王太冲 宋映红 Flash MX 入门 与提高[M].北京:清华大学出版社 2002 [2]海珊 Flash MX 魔法再现[M]. 昆 明:云南人民出版社 2005 [3]姜晓刚 Flash 学习过程中的几个 问题[J]. 中国科技信息 2005(10)
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