第
39
卷第
8
期
2012
年
8
月
计算机科学
Computer
Science
Vo
l.
39
No.8
Aug
2012
求解
TSP
问题的一种改进的十进制
MIMIC
算法
郝承伟
I
高慧敏
2
(太原科技大学计算机学院
太原
030024)1
(嘉兴学院机电学院
嘉兴
31400
1)
2
摘
要十进制
MIMIC
算法是基于
MIMIC
二进制编码算法思想的可用来求解
TSP
的离散分布估计算法。着重考
虑该算法在较大规模
TSP
问题上的算法缺陷,对其编码方式和概率模型进行了改进,提出了新的个体生成策略,在初
始化种群阶段使用了贪心算法,在进化过程中引入了杂交算子、变异算子、映射算子、优化算子等演化算子,采用了动
态调整方法来确定优势群体的规模。以上改进使得算法在小种群解大规模
TSP
问题的情况下仍可保持种群的多样
性。实验结果表明,改进算法在求解规模、求解质量和寻优速度上都有明显提高。
关键词
M
岛lI
C
算法,旅行商问题,分布估计算法,概率矩阵
中圄法分类号
TP18
文献标识码
A
M
创
ified
Dec
imal
MIMIC
Algorithm
for
四
P
HAO
Cheng-wei
1
GAO Hui-min
2
C
Sc
h
∞
1
of
Co
mputer
Sc
ience
and
Technology. Taiyuan University
of
Sc
ience
and
Technology. Taiyuan 030024.China)1
CMechanical
and
Electrical
Engineering
Co
llege.Jiaxing University.Jiaxing 314001.China)2
Ahs
仕
act
Modified
decimal
如但
MIC
algorithm is a kind of discrete estimation of distribution algorithm. which is based
on binary MIMIC algorithm and convenient to solve traveling salesman probl
em.
Co
nsidering the drawbacks of the
MIMIC algorithm while solving large
r-scale
TSP.
this paper improved the encoding mode and probability model. pro
posed new individual strategy
, introduced greedy algorithm
at
the initial phase of the probability matrix, and adopted
crossover operator.mutation operator
,etc. during the process of evolution,employed dynamic adjusted method to deter-
rnine the population siz
e.
These modifications gurantee the population diversity even in small population and for larger-
scale TSP. Experiment results show
that
problem scale, solution quality and speed of the optimization are improved sig-
nificantly.
Keywords MIMIC algorithm
,
TSP.
Estimation of distribution algorithm, Probability matrix
引言
TSP(Traveling
Sal
esman
Problem)
已被证明具有
NPC
(No
n-deterministic Polynornial
Co
mplete)
计算复杂度,而任何
NP
问题都可归约为
NPC
问题,因此
TSP
问题的求解为众多
领域所关注。该问题描述如下:设有
M 个节点的集合
p=
{1
,
2
,
3
,…
A
饵,两节点
i
,
j
之间的距离记为
d(i
,
j)
,
求
P
集
合全排列中的一个(队,如,纠,…
4
川,使得该排列节点构成
的环形距离
D
最小。
M-1
因此,寻找该类问题的近似求解方法具有重要的意义。目前
近似求解
TSP
问题常用的算法有蚁群算法
[IJ
、人工神经网
络
[2J
、模拟退火算法[町、人工免疫算法
[4J
、遗传算法[町、粒子群
算法町等。分布估计算法
[7.8J
(Es
timation of Distribution Al-
gorithms
,
EDA)
是基于统计学习的随机优化搜索算法,它作
为一种新的进化模型,为求解
TSP
问题开辟了新的思路。
十进制
MIMIC(Mutual
Information
Ma
ximization for In
put
Clustering)
算法町的思想源自
MIMIC[7.10J
。它是一种双
变量相关的离散分布估计算法。不同于遗传算法,在种群数
Ð=d(PM
,
ρ
1)+
~d(
丸
,
P
,
+I)
(1)
量足够大时,它有着不易陷入局部最优的优点,但其运行效率
虽然
TSP
问题描述简单,但该问题中所有可能的环路数
量是随着节点数量
M
呈指数级增长的,当问题规模
M
增大
到一定程度时,计算量将极大超出计算机所允许的极限,即所
谓的组合爆炸。现唯一求解
NPC
问题理论上可确保求得最
优解的算法是穷举法,但以
M=50
的问题规模为例,使用每
秒计算
1
亿次的计算机按穷举法求解,需要计算
5
祷
1048
年。
较低,且不能有效求解较大规模
TSP
问题。本文在文献
[9J
算法的基础上,提出一种更高效的搜索算法,它改进了原有概
率模型、群体生成策略,引入贪心算法、杂交算子、变异算子。
实验证明,新的算法寻优速度显著增快,对
TSPLIB
中提供的
城市规模在
100
以内的实例进行了实验,其均能得到最优解
或近似解路径。
到稿日期:
2011-09-13
返修日期
:2011-11-23
本文受山西省自然科学基金
C2009011011-3)
.山西省回国留学人员科研项目
(2011
→
078)
资助。
郝承伟(1
984-)
.男,硕士生,主要研究方向为智能计算;高慧敏(1
970-)
.男,博士,教授,主要研究方向为复杂系统的建模、仿真及优化调度,
E-mail:humorgao@gmai
l.
com(
通信作者)。
•
233
•