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禁忌搜尋算法

禁忌搜尋算法(Tabu Search, TS)是一種現代啟發式算法,由美國科羅拉多大學教授Fred Glover在1986年左右提出,主要用於跳出局部最優解。該算法從一個初始可行解開始,選擇一系列特定搜尋方向的移動,目標是讓目標函式值最大化或最小化。為避免陷入局部最優,TS採用了一種靈活的「記憶」技術,即禁忌表,記錄和指導後續搜尋方向。

禁忌搜尋的核心在於禁忌表的使用。禁忌表模擬了人類的短期記憶功能,用於防止搜尋過程中的循環和陷入局部最優。它通常記錄最近接受的若乾次移動,並在一定次數內禁止這些移動再次被訪問。禁忌長度是禁忌對象在禁忌表中的生存時間,搜尋過程中禁忌長度每經歷一次疊代減少1。

禁忌搜尋的流程大致如下:

初始化:給出一個初始解,並清空禁忌表。

鄰域搜尋產生候選解:基於當前解,通過鄰域移動產生一組候選解,並計算各候選解的適應度。

選擇最好的候選解:從候選解中選擇適應度最好的解。如果這個解優於當前最好解,即使它被禁忌,也會用來更新當前最好解。否則,選擇一個不在禁忌狀態下的最好解作為新的當前解。

更新禁忌表:將選擇的移動加入禁忌表。

判斷終止條件:若滿足(如達到最大疊代次數或時間限制),則停止並輸出當前最好解;否則返回步驟2。

禁忌搜尋在組合最佳化和函式全局最佳化方面取得了顯著成功,其變種如並行禁忌搜尋算法等,通過分解搜尋空間實現並行化,進一步提高搜尋效率。