【TSP】基于matlab禁忌搜索算法求解31城市旅行商问题【含Matlab源码 1143期】

2021-07-26 03:55

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标签：插入 ceil 目标 png 最大 csdn -o 映射关系常用

一、简介

1 局部领域搜索
又称爬山启发式算法，从当前的节点开始，和周围的邻居节点的值进行比较。如果当前节点是最大的，那么返回当前节点，作为最大值(即山峰最高点)；反之就用最高的邻居节点替换当前节点，从而实现向山峰的高处攀爬的目的。它是禁忌搜索的基础，TS算法是在其上改进而来。

1.1 优点：
容易理解，容易实现，具有较强的通用性；
局部开发能力强，收敛速度很快。

1.2 缺点：
全局开发能力弱，只能搜索到局部最优解；
搜索结果完全依赖于初始解和邻域的映射关系。
通过针对爬山法的分析，提出了TS搜索算法：
改进1：接受劣解。
改进2：引入禁忌表。
改进3：引入长期表和中期表。

2 TS算法的特点:
2.1 基本思想——避免在搜索过程中的循环
2.2 只进不退的原则,通过禁忌表实现
2.3 不以局部最优作为停止准则
2.4 邻域选优的规则模拟了人类的记忆功能

TS算法构成要素:
(1)编码方式
将不相同的n件物品分为m组，可以用的编码：
a、带分隔符的顺序编码
以自然数1~n分别代表n件物品，n个数加上 m-1个分割符号混编在一起，随机排列。如：1-3-4-0-2-6-7-5-0-8-9
b、自然数编码
编码的每一位分别代表一件物品，而每一位的值代表该物品所在的分组。
如：1-2-1-1-2-2-2-3-3
(2)初始解的获取
可以随机给出初始解，也可以事先使用其他启发式等算法给出一个较好的初始解。
(3)移动邻域
移动是从当前解产生新解的途径，例如上述问题中用移动s产生新解s(x)。从当前解可以进行的所有移动构成邻域，也可以理解为从当前解经过“一步”可以到达的区域。
(4)禁忌表
禁忌表的作用：防止搜索出现循环?
(1)记录前若干步走过的点、方向或目标值，禁止返回
(2)表是动态更新的
(3)表的长度称为Tabu-Size

禁忌表的主要指标（两项指标）
禁忌对象：禁忌表中被禁的那些变化元素
禁忌长度：禁忌的步数

禁忌对象（三种变化）
以状态本身或者状态的变化作为禁忌对象
以状态分量以及分量的变化作为禁忌对象
采用类似的等高线做法，以目标值变化作为禁忌对象

禁忌长度:可以是一个固定的常数(T=c),也可以是动态变化的，可按照某种规则或公式在区间内变化。
禁忌长度过短，一旦陷入局部最优点，出现循环无法跳出；
禁忌长度过长，候选解全部被禁忌，造成计算时间较大，也可能造成计算无法继续下去。

(5)渴望水平函数

A(x，s)一般为历史上曾经达到的最好目标值，若有C(s(x))

(6)停止准则
(1)给定最大迭代步数（最常用）
(2)设定某个对象的最大禁忌频率。
(3)设定适配值的偏离阈值。

二、源代码

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%禁忌搜索算法解决TSP问题%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%初始化%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
clear all;                        %清除所有变量
close all;                        %清图 
clc;                              %清屏
C = [1304 2312;3639 1315;4177 2244;3712 1399;3488 1535;3326 1556;...
    3238 1229;4196 1044;4312  790;4386  570;3007 1970;2562 1756;...
    2788 1491;2381 1676;1332  695;3715 1678;3918 2179;4061 2370;...
    3780 2212;3676 2578;4029 2838;4263 2931;3429 1908;3507 2376;...
    3394 2643;3439 3201;2935 3240;3140 3550;2545 2357;2778 2826;...
    2370 2975];                   %31个省会城市坐标
N=size(C,1);                      %TSP问题的规模,即城市数目
D=zeros(N);                       %任意两个城市距离间隔矩阵
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%求任意两个城市距离间隔矩阵%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
for i=1:N
    for j=1:N
        D(i,j)=((C(i,1)-C(j,1))^2+...
            (C(i,2)-C(j,2))^2)^0.5;
    end
end
Tabu=zeros(N);                      %禁忌表
TabuL=round((N*(N-1)/2)^0.5);       %禁忌长度
Ca=200;                             %候选集的个数(全部领域解个数)
CaNum=zeros(Ca,N);                  %候选解集合
S0=randperm(N);                     %随机产生初始解
bestsofar=S0;                       %当前最佳解
BestL=Inf;                          %当前最佳解距离
figure(1);
p=1;
Gmax=1000;                          %最大迭代次数   
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%禁忌搜索循环%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
while p