2017华为软挑——禁忌搜索算法-白红宇

2017华为软挑——禁忌搜索算法

阅读量：3527 次

发布时间：2019-05-20

本文共 4645 字，大约阅读时间需要 15 分钟。

1. 概述

比赛的难点之一就是要去寻找服务器最佳选址，虽然对于这个问题已经给出了直连的一种解，但是这样的解显然是不可取的（代价很大）。因而在现有初始解的情况下使用启发式的搜索算法对优解进行搜索，便是一种可行的方案。

禁忌搜索算法是组合优化算法的一种，是局部搜索算法的扩展。禁忌搜索算法是人工智能在组合优化算法中的一个成功应用。禁忌搜索算法的特点是采用了禁忌技术。所谓禁忌就是禁止重复前面的工作。禁忌搜索算法用一个禁忌表记录下已经到达过的局部最优点，在下一次搜索中，利用禁忌表中的信息不再或有选择地搜索这些点。

禁忌搜索算法实现的技术问题是算法的关键。禁忌搜索算法涉及侯选集合、禁忌对象、评价函数、特赦规则等概念。

侯选集合：

针对于今年比赛的题目给定的初始解，在搜索过程中选择的候选的领域，可以是当前解周围的网络节点。

禁忌对象：

对于选择进来的解，可能会导致整体总费用的升高或是使得解变得不可行，就需要将该点加入到禁忌表中了。

评价函数：

对于节点选择带来的效果，使用上一讲中提到的最小费用最大流算法，去计算费用

特赦规则：

当选择的结点使得新解的评价比原来的解效果好，那么就可以考虑对禁忌表中的元素进行解禁

终止准则：

在算法运行的过程中可以采用运行次数的限制，来使程序退出

2. 编码

static int tabu_list_lenth = 0;				//禁忌表的长度static int tabu_max_times = 5000;			//禁忌表的最大迭代次数std::deque
    
     
      > tabu_list;		//使用双向队列作为禁忌表//禁忌搜索初始化void tabu_init(){	int tabu_lenth = client_node_num*2;//(client_node_num - 1) / 2;	//计算禁忌表的长度	tabu_list_lenth = tabu_lenth;	//tabu_list = std::deque
      
       
        >(tabu_list_lenth);	//定义一个禁忌表长度的双向队列}//判断当前交换是否在禁忌表中，存在返回true，不存在返回falsebool is_tabulist(int pos_1, int pos_2){	swap_int(pos_1, pos_2);	unsigned int tabu_size(tabu_list.size());	for (unsigned int i=0; i

vec = tabu_list[i]; if (vec.size()>0) if ((pos_1==vec[0]) && (pos_2==vec[1])) return true; //该值存在于禁忌表中 } return false;}//更新禁忌表void flush_tabulist(int pos_1, int pos_2){ if (!is_tabulist(pos_1, pos_2)) //不存在于禁忌表中 { swap_int(pos_1, pos_2); //按照小大次序排列 std::vector

vec; vec.push_back(pos_1); vec.push_back(pos_2); if ((int)tabu_list.size() < tabu_list_lenth) //禁忌表没有满 { tabu_list.push_back(vec); } else //禁忌表已经被填满了，删除最先进来的元素，将新的元素添加进来 { cout << "卧槽，禁忌表都满了！" << endl; tabu_list.pop_front(); tabu_list.push_back(vec); } }}//交换两个数的值void swap_int(int& pos_1, int& pos_2){ if (pos_1 > pos_2) { int temp = pos_1; pos_1 = pos_2; pos_2 = temp; }}//获取该点没有存在于禁忌表中的点std::vector

neighbour_node(int node, std::vector

& may_server){ node = node > net_node_num ? (node-2*net_node_num) : node; //对于选择该点不存在的情况 std::vector

result; unsigned int temp_size(net_node[node].outnode.size()); //临时记录大小的 for (unsigned int i = 0; i < temp_size; i++) { if (!is_tabulist(node, net_node[node].outnode[i]) && CheckIsServer(net_node[node].outnode[i], may_server)) //当前对值没有存在于禁忌表中 result.push_back(net_node[node].outnode[i]); } //搜索出度 temp_size = net_node[node].innode.size(); //临时记录大小的 for (unsigned int i = 0; i < temp_size; i++) { if (!is_tabulist(node, net_node[node].innode[i]) && CheckIsServer(net_node[node].innode[i], may_server)) //当前对值没有存在于禁忌表中 result.push_back(net_node[node].innode[i]); } //搜索入度 if (!is_tabulist(node, node+2*net_node_num)) //这里判断与不存在的点的配对是指不选择该点 result.push_back(node+2*net_node_num); return result;}//获取low和high范围内的一个随机值int get_random_pos(int low, int high){ int result = static_cast

(rand())%high; return result;}//获取向量中服务器的个数int get_server_count(std::vector

vec){ int result(0); unsigned int temp_size(vec.size()); for (unsigned int i=0; i

clean_server(std::vector

vec){ std::vector

result; int temp_size((int)vec.size()); for(int i=0; i

may_server = xjbs_getserver(0); //得到可能会是服务器的节点 srand((unsigned)time(0)); //弄个随机种子 while (iterator_times>0) { //运行时间判断 clock_t temp_end = clock(); if(((double)(temp_end-start)/CLOCKS_PER_SEC) > tabu_time) break; int change_pos = get_random_pos(0, result_size); //随机的产生需要替换掉的点 cout << "需要出去的点：" << min_server[change_pos] << endl; std::vector

neighbours = neighbour_node(change_pos, may_server); //获取该点领域的点 cout << "邻域点的个数：" << neighbours.size() << "\t"; if(neighbours.size()<=0)//邻域的个数为0跳过 { --iterator_times; continue; } int temp_min_cost(MAXINT), temp_best_node(change_pos); for (unsigned int i = 0; i < neighbours.size(); i++) { min_server[change_pos] = neighbours[i]; //使用领域替换掉指定的点 int flow(0), cost(-1); my_search_init(clean_server(min_server)); cost = MinCostFlow(net_node_num, (net_node_num + 1), flow); cost += get_server_count(min_server)*server_cost; if (flow >= needed_flow) { if (temp_min_cost>cost) { temp_min_cost = cost; min_path = path; temp_best_node = neighbours[i]; } } cout << neighbours[i] << "\t"; } //搜寻领域中最佳的点 if (change_pos == temp_best_node) cout << "麻痹，在 " << min_server[change_pos] << " 的领域中没有找到优化的解" << endl; min_server[change_pos] = temp_best_node; //使用最好的领域替换掉指定的点 if (min_cost>temp_min_cost) //藐视准则 { count = 0; cout << "find better: " << temp_min_cost << endl; min_server[change_pos] = temp_best_node; //使用领域替换掉指定的点 tabu_list.clear(); min_cost = temp_min_cost; flush_tabulist(change_pos, temp_best_node); //加入到禁忌表中 } else { for (unsigned int i = 0; i < neighbours.size(); i++) { flush_tabulist(change_pos, neighbours[i]); //加入到禁忌表中 } } --iterator_times; } cout << "\nthe result after " << tabu_max_times << " times search" << endl; cout << "the min_cost is: " << min_cost << endl;}

注：水平有限，堆码有误不足，欢迎指正。

转载地址：http://uykhj.baihongyu.com/