更新时间:2024-05-21 15:31
禁忌(Tabu Search)算法是一种元启发式(meta-heuristic)随机搜索算法,它从一个初始可行解出发,选择一系列的特定搜索方向(移动)作为试探,选择实现让特定的目标函数值变化最多的移动。为了避免陷入局部最优解,TS搜索中采用了一种灵活的“记忆”技术,对已经进行的优化过程进行记录和选择,指导下一步的搜索方向,这就是Tabu表的建立。
又名“tabu搜索算法”
为了找到“全局最优解”,就不应该执着于某一个特定的区域。局部搜索的缺点就是太贪婪地对某一个局部区域以及其邻域搜索,导致一叶障目,不见泰山。禁忌搜索就是对于找到的一部分局部最优解,有意识地避开它(但不是完全隔绝),从而获得更多的搜索区间。兔子们找到了泰山,它们之中的一只就会留守在这里,其他的再去别的地方寻找。就这样,一大圈后,把找到的几个山峰一比较,珠穆朗玛峰脱颖而出。
当兔子们再寻找的时候,一般地会有意识地避开泰山,因为他们知道,这里已经找过,并且有一只兔子在那里看着了。这就是禁忌搜索中“禁忌表(tabu list)”的含义。那只留在泰山的兔子一般不会就安家在那里了,它会在一定时间后重新回到找最高峰的大军,因为这个时候已经有了许多新的消息,泰山毕竟也有一个不错的高度,需要重新考虑,这个归队时间,在禁忌搜索里面叫做“禁忌长度(tabu length)”;如果在搜索的过程中,留守泰山的兔子还没有归队,但是找到的地方全是华北平原等比较低的地方,兔子们就不得不再次考虑选中泰山,也就是说,当一个有兔子留守的地方优越性太突出,超过了“best so far”的状态,就可以不顾及有没有兔子留守,都把这个地方考虑进来,这就叫“特赦准则(aspiration criterion)”。这三个概念是禁忌搜索和一般搜索准则最不同的地方,算法的优化也关键在这里。
禁忌搜索(tabu search,TS)中的“Tabu”一词最早来源于汤加语,它的本意是指不能触摸的东西,因为它是神圣的。禁忌搜索由美国科罗拉多大学系统科学家Glover教授于1986年在一篇论文中首次提出。之后不久,Glover教授分别在1986年和1990年发表了两篇著名的标题为Tabu search的论文,提出了现在大家所熟知的禁忌搜索的大部分原理。
禁忌搜索的流行应归功与瑞士联邦理工学院Werra所带领的团队在20世纪80年代后期的开创性工作。因为在当时Glover的文章在没有“超启发式文化”的情况下并没有被很好地理解。正是由于Werra团队所发表的系列论文在学术界发挥的重要作用,才使禁忌搜索技术广为人知。1990年,随着介绍禁忌搜索的第一本专著的出版,禁忌搜索的研究达到了一个高峰。1997年,Glover与Laguna合著的第一本禁忌搜索专著正式出版,标志着禁忌搜索的相关研究日趋完善,并得到了同行的认可。
1、在搜索中,构造一个短期循环记忆表-禁忌表,禁忌表中存放刚刚进行过的 |T|(T称为禁忌表)个邻居的移动,这种移动即解的简单变化。
2、禁忌表中的移动称为禁忌移动。对于进入禁忌表中的移动, 在以后的 |T| 次循环内是禁止的,以避免回到原来的解,从而避免陷入循环。|T| 次循环后禁忌解除。
3、禁忌表是一个循环表,在搜索过程中被循环的修改,使禁忌表始终保持 |T| 个移动。
4、即使引入了禁忌表,禁忌搜索仍可能出现循环。因此,必须给定停止准则以避免出现循环。当迭代内所发现的最好解无法改进或无法离开它时,算法停止。
procedure tabu search;
begin
initialize a string vc at random,clear up the tabu list;
cur:=vc;
repeat
select a new string vn in the neighborhood of vc;
if va>best_to_far then {va is a string in the tabu list}
begin
cur:=va;
let va take place of the oldest string in the tabu list;
best_to_far:=va;
end else
begin
cur:=vn;
let vn take place of the oldest string in the tabu list;
end;
until (termination-condition);
end;
以上程序中的关键在于:
模拟退火算法是源于对热力学中退火过程的模拟,在某一给定初温下,通过缓慢下降温度参数,使算法能够在多项式时间内给出一个近似最优解。退火与冶金学上的‘退火’相似,而与冶金学的淬火有很大区别,前者是温度缓慢下降,后者是温度迅速下降。
遗传算法是基于生物进化的原理发展起来的一种广为应用的、高效的随机搜索与优化的方法。其主要特点是群体搜索策略和群体中个体之间的信息交换,搜索不依赖于梯度信息。
蚁群算法是群体智能可用于解决其他组合优化问题,比如有n个城市,需要对所有n个城市进行访问且只访问一次的最短距离。