旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)是一个经典的组合优化问题。经典的TSP可以描述为:一个商品推销员要去若干个城市推销商品,该推销员从一个城市出发,需要经过所有城市后,回到出发地。应如何选择行进路线,以使总的行程最短。
在本文中使用的数据为来自TSPLIB的
ATT48
,即美国本土48个州首府坐标,TSPLIB的已知最优解为10628。
从图论的角度来看,该问题实质是在一个带权完全无向图中,找一个权值最小的Hamilton回路。由于该问题的可行解是所有顶点的全排列,随着顶点数的增加,会产生组合爆炸,它是一个NP完全问题。
由于NPC问题至今没有得到解决,TSP问题往往是通过启发式搜索(我觉得也可以叫暴力)算法来“猜”出最优解。
使用遗传算法来解决TSP问题,主要思路如下:
遗传算法在TSP问题上可以融合多种算法,从而达到不同的效果,比如交叉应该如何交叉,变异应该如何变异等等。同时遗传算法的参数难以调整到最优——包括交叉率,变异率,种群容量等可以对搜索过程产生较大影响的参数都难以调整。限于个人水平,我无法从数学上给出最优参数,只能以经验论,加以多次实验选取表现优秀的样本。
语言:C++
个体(解)的表示:用
vector
储存,代表节点遍历顺序
距离的计算:取伪欧式(pseudo Euclidean)距离,计算方法如下(向上取整):
使用
unordered_map
,内部实现为散列表,使得计算个体适应度可以达到
O
(N)级别的复杂度
随机数的生成:设置时间种子,并由此生成随机数
交叉对象的选择:轮盘赌
交叉算法的选择:顺序移位
变异算法的选择:顺序移位 / 贪婪倒位
参数的选择:由多次实验得出
关于参数选择及其他方面的详细讨论请见 遗传算法解决TSP问题 .
att48.tsp
)