小白剛加入數模程式設計大軍,涉及到一些算法,特此歸納,并加入一些自己的想法,類比此題進行另一題的程式修改。
模拟退火算法的模型
模拟退火算法可以分解為解空間、目标函數和初始解三部分。
模拟退火的基本思想:
(1) 初始化:初始溫度T(充分大),初始解狀态S(是算法疊代的起點), 每個T值的疊代次數L
(2) 對k=1,……,L做第(3)至第6步:
(3) 産生新解S′
(4) 計算增量Δt′=C(S′)-C(S),其中C(S)為評價函數
(5) 若Δt′<0則接受S′作為新的目前解,否則以機率exp(-Δt′/T)接受S′作為新的目前解.
(6) 如果滿足終止條件則輸出目前解作為最優解,結束程式。
終止條件通常取為連續若幹個新解都沒有被接受時終止算法。
(7) T逐漸減少,且T->0,然後轉第2步。
例 已知敵方100個目标的經度、緯度如下:
經度 緯度 | 經度 緯度 | 經度 緯度 | 經度 緯度 |
53.7121 15.3046 | 51.1758 0.0322 | 46.3253 28.2753 | 30.3313 6.9348 |
56.5432 21.4188 | 10.8198 16.2529 | 22.7891 23.1045 | 10.1584 12.4819 |
20.1050 15.4562 | 1.9451 0.2057 | 26.4951 22.1221 | 31.4847 8.9640 |
26.2418 18.1760 | 44.0356 13.5401 | 28.9836 25.9879 | 38.4722 20.1731 |
28.2694 29.0011 | 32.1910 5.8699 | 36.4863 29.7284 | 0.9718 28.1477 |
8.9586 24.6635 | 16.5618 23.6143 | 10.5597 15.1178 | 50.2111 10.2944 |
8.1519 9.5325 | 22.1075 18.5569 | 0.1215 18.8726 | 48.2077 16.8889 |
31.9499 17.6309 | 0.7732 0.4656 | 47.4134 23.7783 | 41.8671 3.5667 |
43.5474 3.9061 | 53.3524 26.7256 | 30.8165 13.4595 | 27.7133 5.0706 |
23.9222 7.6306 | 51.9612 22.8511 | 12.7938 15.7307 | 4.9568 8.3669 |
21.5051 24.0909 | 15.2548 27.2111 | 6.2070 5.1442 | 49.2430 16.7044 |
17.1168 20.0354 | 34.1688 22.7571 | 9.4402 3.9200 | 11.5812 14.5677 |
52.1181 0.4088 | 9.5559 11.4219 | 24.4509 6.5634 | 26.7213 28.5667 |
37.5848 16.8474 | 35.6619 9.9333 | 24.4654 3.1644 | 0.7775 6.9576 |
14.4703 13.6368 | 19.8660 15.1224 | 3.1616 4.2428 | 18.5245 14.3598 |
58.6849 27.1485 | 39.5168 16.9371 | 56.5089 13.7090 | 52.5211 15.7957 |
38.4300 8.4648 | 51.8181 23.0159 | 8.9983 23.6440 | 50.1156 23.7816 |
13.7909 1.9510 | 34.0574 23.3960 | 23.0624 8.4319 | 19.9857 5.7902 |
40.8801 14.2978 | 58.8289 14.5229 | 18.6635 6.7436 | 52.8423 27.2880 |
39.9494 29.5114 | 47.5099 24.0664 | 10.1121 27.2662 | 28.7812 27.6659 |
8.0831 27.6705 | 9.1556 14.1304 | 53.7989 0.2199 | 33.6490 0.3980 |
1.3496 16.8359 | 49.9816 6.0828 | 19.3635 17.6622 | 36.9545 23.0265 |
15.7320 19.5697 | 11.5118 17.3884 | 44.0398 16.2635 | 39.7139 28.4203 |
6.9909 23.1804 | 38.3392 19.9950 | 24.6543 19.6057 | 36.9980 24.3992 |
4.1591 3.1853 | 40.1400 20.3030 | 23.9876 9.4030 | 41.1084 27.7149 |
我方有一個基地,經度和緯度為(70,40)。假設我方飛機的速度為1000公裡/小時。我方派一架飛機從基地出發,偵察完敵方所有目标,再傳回原來的基地。在敵方每一目标點的偵察時間不計,求該架飛機所花費的時間(假設我方飛機巡航時間可以充分長)。
load ij.txt;%加載目标資料ij.txt存放矩陣
x=ij(:,1:2:8);
%把sj中屬于1,3,5,7的列所有元素賦給x,此時,x的行的大小為sj的行的大小,列的大小為4,
x=x(:);%x=x(:)的意思是把x拉成一維列向量(應該是列向量)
y=ij(:,2:2:8);
y=y(:);
sj=[x y];%将xy合并成一個矩陣
d1=[70,40];%起始點
sj=[d1;sj;d1];%首尾添加上出發點和終點
sj=sj*pi/180;%角度化為弧度
%計算距離
d=zeros(102);%先建一個102x102的空的距離矩陣,再把對應距離填進去
%A(R cos x1 cos y1 , R sin x1 cos y1 , R sin y1 )
%B(R cos x2 cos y2 , R sin x2 cos y2 , R sin y2 )
%其中 R = 6370 為地球半徑。
%A, B 兩點的實際距離:
%d = R arccos[cos(x1 − x2 ) cos y1 cos y2 + sin y1 sin y2 ]
for i=1:101
for j=i+1:102
d(i,j)=6370*acos(cos(sj(i,1)-sj(j,1))*cos(sj(i,2))*cos(sj(j,2))...
+sin(sj(i,2))*sin(sj(j,2)));
end
end
%上述的d為上三角矩陣,根據對稱性,化為對稱矩陣,點選打開連結d矩陣包含各點間的距離資訊
d=d+d';
S0=[];
Sum=inf;
rand('state',sum(clock));%作用是定義一個随時間變化的初值
%matlab裡面的随機生成函數基本都是以rand為基函數通過函數關系式得到,
%比如 normrnd,unidrnd等,你每次重新開機matlab後運作已編好的含随機數生成的函數你将得到相同的結果,
%比如我的電腦上重新開機matlab運作unidrnd(100),每次的值都是82,這是因為rand函數的初值都一樣,
%是以為了避免上述問題經常在程式前運作或加指令rand('state',sum(clock)),這樣重新開機matlab,運作随機數生成值就不同了。
for i=1:1000%循環1000次,盡可能讓所有排序情況都出現一遍
s=[1,1+randperm(100),102];%s為中間2到101的排列組合
temp=0;
for j=1:101
temp=temp+d(s(j),s(j+1));
end
if temp<Sum
Sum=temp;
S0=s;%儲存目前最小值的排序情況
end
end
e=0.1^30;%標明的終止溫度 e = 10 −30 ,判斷退火過程是否結束
at=0.999;%標明的降溫系數α進行降溫即:T =αT
L=20000;
T=1;
%退火過程
for k=1:L
c=2+floor(100*rand(1,2));%floor函數其功能是“向下取整”,或者說“向下舍入”,即取不大于x的最大整數
%ceil函數向上取整
c=sort(c);% [a,b]=sort(X)是按列從小到大排序,而 [a,b]=sort(X,2)是按行,b為排序情況
c1=c(1);c2=c(2);
%計算代價函數值
df=d(S0(c1-1),S0(c2))+d(S0(c1),S0(c2+1))-d(S0(c1-1),S0(c1))-d(S0(c2),S0(c2+1));
if df<0%接受準則
S0=[S0(1:c1-1),S0(c2:-1:c1),S0(c2+1:102)];
Sum=Sum+df;
elseif exp(-df/T)>rand(1)%以機率exp(−df/T)接受新的路徑%注意時elseif而不是else if
S0=[S0(1:c1-1),S0(c2:-1:c1),S0(c2+1:102)];
Sum=Sum+df;
end;
T=T*at;%退火
if T<e%達到終止溫度
break;
end;
end;
%輸出路徑和路徑長度
S0,Sum
%畫出其中一個巡航路徑
plot(sj(S0,1)/pi*180,sj(S0,2)/pi*180);
hold on
plot(sj(S0,1)/pi*180,sj(S0,2)/pi*180,'rx');
axis([-5,75,-5,45]);
附ij.txt
53.7121 15.3046 51.1758 0.0322 46.3253 28.2753 30.3313 6.9348
56.5432 21.4188 10.8198 16.2529 22.7891 23.1045 10.1584 12.4819
20.1050 15.4562 1.9451 0.2057 26.4951 22.1221 31.4847 8.9640
26.2418 18.1760 44.0356 13.5401 28.9836 25.9879 38.4722 20.1731
28.2694 29.0011 32.1910 5.8699 36.4863 29.7284 0.9718 28.1477
8.9586 24.6635 16.5618 23.6143 10.5597 15.1178 50.2111 10.2944
8.1519 9.5325 22.1075 18.5569 0.1215 18.8726 48.2077 16.8889
31.9499 17.6309 0.7732 0.4656 47.4134 23.7783 41.8671 3.5667
43.5474 3.9061 53.3524 26.7256 30.8165 13.4595 27.7133 5.0706
23.9222 7.6306 51.9612 22.8511 12.7938 15.7307 4.9568 8.3669
21.5051 24.0909 15.2548 27.2111 6.2070 5.1442 49.2430 16.7044
17.1168 20.0354 34.1688 22.7571 9.4402 3.9200 11.5812 14.5677
52.1181 0.4088 9.5559 11.4219 24.4509 6.5634 26.7213 28.5667
37.5848 16.8474 35.6619 9.9333 24.4654 3.1644 0.7775 6.9576
14.4703 13.6368 19.8660 15.1224 3.1616 4.2428 18.5245 14.3598
58.6849 27.1485 39.5168 16.9371 56.5089 13.7090 52.5211 15.7957
38.4300 8.4648 51.8181 23.0159 8.9983 23.6440 50.1156 23.7816
13.7909 1.9510 34.0574 23.3960 23.0624 8.4319 19.9857 5.7902
40.8801 14.2978 58.8289 14.5229 18.6635 6.7436 52.8423 27.2880
39.9494 29.5114 47.5099 24.0664 10.1121 27.2662 28.7812 27.6659
8.0831 27.6705 9.1556 14.1304 53.7989 0.2199 33.6490 0.3980
1.3496 16.8359 49.9816 6.0828 19.3635 17.6622 36.9545 23.0265
15.7320 19.5697 11.5118 17.3884 44.0398 16.2635 39.7139 28.4203
6.9909 23.1804 38.3392 19.9950 24.6543 19.6057 36.9980 24.3992
4.1591 3.1853 40.1400 20.3030 23.9876 9.4030 41.1084 27.7149
輸出結果
S0 =1 17 35 93 43 36 3 45 67 2 92 87 83 74 20 30 82 48 72 14 27 10
84 97 85 77 31 79 60 9 40 18 15 42 50 80 51 98 38 5 75 33 73 13
24 16 91 41 4 76 69 11 64 65 94 70 19 63 62 26 29 34 66 90 86 8
39 78 47 57 88 61 49 28 23 58 81 22 25 68 7 71 37 32 12 53 54 89
6 96 55 44 100 56 21 99 101 52 46 59 95 102
Sum = 4.2699e+004
資料修改小結
1.由于資料矩陣的不同,x,y的取值也有所不同,依據新資料修改此處,y同理。
x=ij(:,1:2:8);
2.其餘起點位置,資料數量等據情況修改,此處計算的是飛機繞地球飛行的弧線距離,若用于TSP問題的直線距離,則要修改程式公式 for i=1:101
for j=i+1:102
d(i,j)=6370*acos(cos(sj(i,1)-sj(j,1))*cos(sj(i,2))*cos(sj(j,2))...
+sin(sj(i,2))*sin(sj(j,2)));
end
end
3.部落客所用新資料當時大約30個,于是修改了下100,原理也不太懂,有了解的歡迎騷擾呀哈哈 c=2+floor(100*rand(1,2));