爬山算法

爬山算法(Hill Climbing)是一种最简单的优化算法(优化算法就是找最大或者最小值),这种算法是通过模拟人们爬山的行为,也因此得名。

爬山算法的基本思路

  • 不断的和邻居值进行比较,朝着邻居值大的方向前进,就像爬山一样,为了到达山顶,在到达之前肯定是朝着上山的方向,而不会朝着下山的方西。
  • 当左右邻居的值相同的时候,就停止,这个值就是算法找到的最优解。同样,对于爬上来说,如果你爬到山顶了,那就是到达终点了,刚开始设立的爬上山顶的目标就达成了,你就可以大吼一声我成功了。
  • 但是爬山算法有很大的缺陷,就是它只能找到局部的最优解。同样类比爬山,当爬到山顶的时候你就结束了,非常开心,以为自己已经是the king of the world,但是实际情况是可能你没看到你身后有一座比你这座山高很多的山,就很尴尬。程序就更惨,所有的别的山它都无法看到。

爬山算法的步骤

  1. Current_solution = generate initial candidate solution randomly (首先随便找一个值作为解)
  2. Repeat(循环)
    1. generate neighbour solutions(differ from current solution by a single element) (找到所有和当前点(步骤1中生成点的位置)相邻的点)
    2. Best_neighbour = get highest quality neighbour of current_solution(比较所有邻居的解的大小,找到值最大的那一个)
    3. if quality(best_neighbour) <= quality(current_solution)(如果最好的邻居对应的值仍然比当前点的值小)
      1. return current_solution(返回当前点对应的值)
    4. current_sulotion = best_neighbour(邻居中对应值最大的值作为结果)

爬山算法需要注意的内容

  • 如何存储设计的变量,也就是变量的类型,是整型浮点型还是数组或者是布尔型
  • 如何初始化,通常初始化都是伴随着随机行为的
  • 如何湖区邻居值,也就是说对于邻居的取值是如何的
  • 同时应该有目标函数

爬山算法举例

假设现在想要找到f(x) = -x^2这个函数的最大值

分析:对于这个问题,首先我们要找到表示自变量和解空间的变量,在这里就是整数变量初始值在这里就是一个随机的整数,寻找邻居解的过程就是每次对自变量进行+1或者-1然后求对应自变量的f(x)值。

概括

爬山算法是贪婪算法中的一种,他的主要缺点是只能找到局部最优解,,如果函数中有一段是平滑的,也就是他的所有邻居自变量对应的因变量的值都是一样的,那么就无法求解。

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