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TSP问题模拟退火算法求解实际国地图旅行商模型Matlab源码

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✅作者简介:热爱科研的Matlab仿真开发者,修心和技术同步精进,matlab项目合作可私信。

🍎个人主页:Matlab科研工作室

🍊个人信条:格物致知。

⛄ 内容介绍

实际中国地图旅行商问题是一个经典的组合优化问题,旨在找到一条最短路径,使得旅行商能够经过中国地图上的所有城市一次,并最终返回起始城市。

模拟退火算法(Simulated Annealing)是一种基于统计物理中退火过程的启发式优化算法,可以用于求解旅行商问题。以下是使用模拟退火算法求解实际中国地图旅行商模型的一般步骤:

  1. 定义问题:将中国地图上的城市表示为问题的节点,并计算城市之间的距离作为问题的目标函数(也称为路径长度)。
  2. 初始化:随机生成一个初始解,即城市的遍历顺序。
  3. 设置初始温度和退火策略:设置初始温度,通常为问题目标函数的一个较高值。确定退火策略,如温度下降速率和停止条件。
  4. 迭代搜索:在每一次迭代中,根据当前解产生一个新解,例如通过交换城市的顺序或随机选择一些城市进行变换。计算新解的目标函数值。
  5. 判断接受与否:根据目标函数值差和当前温度,判断是否接受新解。接受较优解的概率随着温度的下降而逐渐降低。
  6. 更新解和温度:更新当前解为新解,将新解作为下一次迭代的当前解。更新温度,根据设定的退火策略进行降温。
  7. 终止条件:当达到停止条件(如温度降低到一定程度或迭代次数达到设定值)时,终止搜索,并返回最优解。

模拟退火算法利用了随机搜索和接受差解的策略,可以在搜索空间中寻找全局最优解。在求解实际中国地图旅行商模型时,可以通过不断迭代搜索和更新解来逐渐接近最优路径。然而,需要注意的是,模拟退火算法的效果受到参数设置、初始解选择和退火策略等因素的影响,因此需要进行合理的调参和优化,以获得更好的结果。

⛄ 部分代码

%
% This is the main script to finds a (near) optimal solution to the Traveling
% Salesman Problem (TSP), by setting up a Simulated Annealing (SA) to search 
% for the shortest route (least distance for the salesman to travel to each 
% city exactly once and return to the starting city).

%

clear;clc;
close all
load china; % geographic information
plotcities(province, border, city); % draw the map of China

numberofcities = length(city);      % number of cities
% distance matrix: dis(i,j) is the distance between city i and j.
dis = distancematrix(city);   


temperature = 1000;                 % Initialize the temperature.
cooling_rate = 0.94;                % cooling rate
iterations = 1;                     % Initialize the iteration number.

% Initialize random number generator with "seed". 
rand('seed',0);                    

% Initialize the route by generate a sequence of random
route = randperm(numberofcities);
% This is objective function, the total distance for the routes.
previous_distance = totaldistance(route,dis);

% This is a flag used to cool the current temperature after 100 iterations
temperature_iterations = 1;
% This is a flag used to plot the current route after 200 iterations
plot_iterations = 1;

% plot the current route
plotroute(city, route, previous_distance, temperature);

while 1.0 < temperature
    % generate randomly a neighbouring solution
    temp_route = perturb(route,'reverse');
    % compute total distance of the temp_route
    current_distance = totaldistance(temp_route, dis);
    % compute change of distance
    diff = current_distance - previous_distance;
    
    % Metropolis Algorithm
    if (diff < 0) || (rand < exp(-diff/(temperature)))
        route = temp_route;         cept new route
        previous_distance = current_distance;
        
        % update iterations
        temperature_iterations = temperature_iterations   1;
        plot_iterations = plot_iterations   1;
        iterations = iterations   1;
    end
    
    % reduce the temperature every 100 iterations
    if temperature_iterations >= 100
       temperature = cooling_rate*temperature;
       temperature_iterations = 0;
    end
    
    %  plot the current route every 200 iterations
    if plot_iterations >= 200
       plotroute(city, route, previous_distance,temperature);
       plot_iterations = 0;
    end
end

% plot and output final solution
plotroute(city, route, previous_distance,temperature);
fpdfprinter('Final Solution')

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1] 杜宗宗,刘国栋.基于混合遗传模拟退火算法求解TSP问题[J].计算机工程与应用, 2010, 46(29):4.DOI:CNKI:SUN:JSGG.0.2010-29-011.

[2] 曲晓丽,潘昊,柳向斌.旅行商问题的一种模拟退火算法求解[J].现代电子技术, 2007, 30(18):3.DOI:10.3969/j.issn.1004-373X.2007.18.028.

[3] 郭乐新.基于模拟退火算法的旅行商问题的实现[J].现代计算机:上下旬, 2012.

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