
1 模拟退火
模拟退火算法其实是一个类似于仿生学的算法,模仿的就是物理退火的过程。
 我们炼钢的时候,如果我们急速冷凝,这时候的状态是不稳定的,原子间杂乱无章的排序,能量很高。而如果我们让钢水慢慢冷凝,很缓慢的降温,那么这个时候的状态就是很稳定的,各个分子都趋向于自己能量最低的位置。而模拟退火算法,恰恰就是利用了物理退火这一过程的原理,求解一个优化目标(目标函数)的最小值。
模拟退火算法来源于固体退火原理,是一种基于概率的算法,将固体加温至充分高,再让其徐徐冷却,加温时,固体内部粒子随温升变为无序状,内能增大,而徐徐冷却时粒子渐趋有序,在每个温度都达到平衡态,最后在常温时达到基态,内能减为最小。
  
2 模拟退火算法
模拟退火算法(Simulated Annealing,SA)最早由Metropolis等人于 1953 年提出。1983 年Kirkpatrick等人第一次使用模拟退火算法求解组合优化问题后,它就发表在了 Science 上。直到今天,它依然被广泛使用,这篇文章将详细介绍C#的代码实现。
  
3 单纯形法
单纯形法是针对求解线性规划问题的一个算法,这个名称里的'单纯形'是代数拓扑里的一个概念
 实际问题当中变量x是多维的,约束条件也会比示例多的多,这就需要一个一劳永逸的算法能通过计算机来获得正解,单纯形法就是这样的一个算法。单纯形法最早由 George Dantzig于1947年提出,单纯形法对于求解线性规划问题是具有跨时代意义的,其实不仅仅是针对线性规划,对于非线性规划问题在求解的过程中也大量依赖单纯形法,George Dantzig本人也被称为'线性规划之父',他是好莱坞电影《心灵捕手》的原型。
  
4 C#源程序
using System;
namespace Legalsoft.Truffer
 {
     /// <summary>
     /// 模拟退火下山单纯形极小化
     /// Downhill simplex minimization with simulated annealing
     /// </summary>
     public class Amebsa
     {
         public RealValueFun funk;
        public Ranq1 ran;
         private int mpts { get; set; }
         private int ndim { get; set; }
         private double[] pb { get; set; }
         private double[] y { get; set; }
         private double[,] p { get; set; }
         private double ftol { get; }
         private double yb { get; set; }
         private double tt { get; set; }
        public Amebsa(double[] point, double del, RealValueFun funkk, double ftoll)
         {
             this.funk = funkk;
             this.ran = new Ranq1(1234);
             this.ftol = ftoll;
             this.yb = double.MaxValue;
             this.ndim = point.Length;
             this.pb = new double[ndim];
             this.mpts = ndim + 1;
             this.y = new double[mpts];
             this.p = new double[mpts, ndim];
             for (int i = 0; i < mpts; i++)
             {
                 for (int j = 0; j < ndim; j++)
                 {
                     p[i, j] = point[j];
                 }
                 if (i != 0)
                 {
                     p[i, i - 1] += del;
                 }
             }
             inity();
         }
        public Amebsa(double[] point, double[] dels, RealValueFun funkk, double ftoll)
         {
             this.funk = funkk;
             this.ran = new Ranq1(1234);
             this.ftol = ftoll;
             this.yb = double.MaxValue;
             this.ndim = point.Length;
             this.pb = new double[ndim];
             this.mpts = ndim + 1;
             this.y = new double[mpts];
             this.p = new double[mpts, ndim];
             for (int i = 0; i < mpts; i++)
             {
                 for (int j = 0; j < ndim; j++)
                 {
                     p[i, j] = point[j];
                 }
                 if (i != 0)
                 {
                     p[i, i - 1] += dels[i - 1];
                 }
             }
             inity();
         }
        public Amebsa(double[,] pp, RealValueFun funkk, double ftoll)
         {
             this.funk = funkk;
             this.ran = new Ranq1(1234);
             this.ftol = ftoll;
             this.yb = double.MaxValue;
             this.ndim = pp.GetLength(1);
             this.pb = new double[ndim];
             this.mpts = pp.GetLength(0);
             this.y = new double[mpts];
             this.p = pp;
            inity();
         }
        public void inity()
         {
             double[] x = new double[ndim];
             for (int i = 0; i < mpts; i++)
             {
                 for (int j = 0; j < ndim; j++)
                 {
                     x[j] = p[i, j];
                 }
                 y[i] = funk.funk(x);
             }
         }
        public bool anneal(ref int iter, double temperature)
         {
             double[] psum = new double[ndim];
             tt = -temperature;
             get_psum(p, psum);
             for (; ; )
             {
                 int ilo = 0;
                 int ihi = 1;
                 double ylo = y[0] + tt * Math.Log(ran.doub());
                 double ynhi = ylo;
                 double yhi = y[1] + tt * Math.Log(ran.doub());
                 if (ylo > yhi)
                 {
                     ihi = 0;
                     ilo = 1;
                     ynhi = yhi;
                     yhi = ylo;
                     ylo = ynhi;
                 }
                 for (int i = 3; i <= mpts; i++)
                 {
                     double yt = y[i - 1] + tt * Math.Log(ran.doub());
                     if (yt <= ylo)
                     {
                         ilo = i - 1;
                         ylo = yt;
                     }
                     if (yt > yhi)
                     {
                         ynhi = yhi;
                         ihi = i - 1;
                         yhi = yt;
                     }
                     else if (yt > ynhi)
                     {
                         ynhi = yt;
                     }
                 }
                 double rtol = 2.0 * Math.Abs(yhi - ylo) / (Math.Abs(yhi) + Math.Abs(ylo));
                 if (rtol < ftol || iter < 0)
                 {
                     Globals.SWAP(ref y[0], ref y[ilo]);
                     for (int n = 0; n < ndim; n++)
                     {
                         Globals.SWAP(ref p[0, n], ref p[ilo, n]);
                     }
                     if (rtol < ftol)
                     {
                         return true;
                     }
                     else
                     {
                         return false;
                     }
                 }
                 iter -= 2;
                 double ytry = amotsa(p, y, psum, ihi, ref yhi, -1.0);
                 if (ytry <= ylo)
                 {
                     ytry = amotsa(p, y, psum, ihi, ref yhi, 2.0);
                 }
                 else if (ytry >= ynhi)
                 {
                     double ysave = yhi;
                     ytry = amotsa(p, y, psum, ihi, ref yhi, 0.5);
                     if (ytry >= ysave)
                     {
                         for (int i = 0; i < mpts; i++)
                         {
                             if (i != ilo)
                             {
                                 for (int j = 0; j < ndim; j++)
                                 {
                                     psum[j] = 0.5 * (p[i, j] + p[ilo, j]);
                                     p[i, j] = psum[j];
                                 }
                                 y[i] = funk.funk(psum);
                             }
                         }
                         iter -= ndim;
                         get_psum(p, psum);
                     }
                 }
                 else
                 {
                     ++iter;
                 }
             }
         }
        public void get_psum(double[,] p, double[] psum)
         {
             for (int n = 0; n < ndim; n++)
             {
                 double sum = 0.0;
                 for (int m = 0; m < mpts; m++)
                 {
                     sum += p[m, n];
                 }
                 psum[n] = sum;
             }
         }
        public double amotsa(double[,] p, double[] y, double[] psum, int ihi, ref double yhi, double fac)
         {
             double[] ptry = new double[ndim];
             double fac1 = (1.0 - fac) / ndim;
             double fac2 = fac1 - fac;
             for (int j = 0; j < ndim; j++)
             {
                 ptry[j] = psum[j] * fac1 - p[ihi, j] * fac2;
             }
             double ytry = funk.funk(ptry);
             if (ytry <= yb)
             {
                 for (int j = 0; j < ndim; j++)
                 {
                     pb[j] = ptry[j];
                 }
                 yb = ytry;
             }
             double yflu = ytry - tt * Math.Log(ran.doub());
             if (yflu < yhi)
             {
                 y[ihi] = ytry;
                 yhi = yflu;
                 for (int j = 0; j < ndim; j++)
                 {
                     psum[j] += ptry[j] - p[ihi, j];
                     p[ihi, j] = ptry[j];
                 }
             }
             return yflu;
         }
     }
 }
  



















