背包问题的启发式算法研究开题报告

 2023-02-06 08:43:31

1. 研究目的与意义

本文的主要研究目标就是用改进的启发式算法更好地解决TSP这个有意义的NP难问题。在分析了TSP问题的求解现状及基本启发式算法对TSP的求解理论、思路与成果的基础上,提出一种改进的启发式算法进行求解,并用多组数据进行分析与测试,将结果与传统的求解方法加以比较,证实其可行性。

针对启发式算法在应用过程中出现的收敛速度过慢和封闭竞争问题,可以使用贪心启发式算法,采用混合方式方法,启发式算法被用于个体中的全局搜索,而贪心算法在染色体中施行局部探寻。利用贪心算法指导遗传算子操作的策略,次策略强调了GA潜在的搜索方向使子代群体能在次方向前进,快速搜索到其它搞质量的区域,通过TSP问题实验以说明贪心启发式算法的有效性。本文主要研究启发式算法对于二维背包问题的针对性解决。

2. 研究内容和预期目标

(1) 研究的基本内容

通过启发式算法来解决从二维背包问题。

(2) 拟解决的主要问题

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3. 国内外研究现状

启发式算法(GeneticAlgorithms,简称GA)是人工智能的一个重要分支,它是基于Darwin的进化论,在计算机上模拟生命进化机制而发展起来的一门新学科,是生命科学与工程科学互相交叉、互相渗透的产物[21。启发式算法由美国J.H.Holland博士1975年提出,随后经过多年的发展,取得了丰硕的应用成果和理论研究的进展。从1985年在美国卡耐基一梅隆大学召开的第一届国际启发式算法会议到1997年,启发式算法作为具有系统优化、适应和学习高性能计算和建模方法的研究渐趋成熟。

启发式算法本质上是一种求解问题的高度并行性全局搜索算法,它能在搜索过程中自动获取和积累有关搜索空间的知识,并自适应地控制搜索过程以求得最优解。启发式算法提供了一种求解复杂系统优化问题的通用框架,它不依赖于问题的具体领域,对问题种类有很强的鲁棒性,因此能够广泛应用于很多学科。目前,启发式算法已在函数优化、组合优化、生产调度问题、自动控制、机器人智能控制、图像处理、模式识别、人工智能、遗传程序设计和机器学习等领域投入应用并取得了一定的成果。

旅行商问题(Traveling Salesman Problem,简记TSP)是组合数学中一个古老而又困难的问题,也是一个典型的组合优化问题,现已归入NP完备问题类。TSP问题的历史可以分成以下几个阶段:1800—1900年,首次描述TSP;1920.1950年;开始意识到TSP是“难'的问题;1954年,42城市的TSP求得最优解。从1954年以后,求得最优解的TSP规模越来越大,在1998年,求得了模拟美国13509个城镇的最优解,在2001年,求得了模拟德国15112个城镇的最优解,但这一工程代价也是巨大的,据报道,解决15112个城镇问的TSP共使用了美国Rice大学和普林斯顿大学之间网络互连的、由速度为500MHz的CompaqEV6 Alpha处理器组成的110台计算机,所有计算机花费的时间之和为22.6年。在2004年5月,瑞典求得了模拟24978城镇的最优解。

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4. 计划与进度安排

调查法:调查启发式算法的实际意义和可行性研究;

行动研究法:应用启发式算法解决TSP问题,通过编程来验证,在研究过程中了解浮点数编码、适应度函数、交叉算子和变异算子,启发式算法的三个基本运算(选择、交叉、变异)等问题。

第4-6周:查阅资料;了解国内外的研究动态及目前国内的应用现状,熟悉算法;对系统进行需求分析并撰写需求分析报告。第7-9周: 进行系统的总体设计。第10-13周:模块设计及程序代码编写。第14-16周:系统调试、功能测试与完善;撰写毕业设计论文。第17周:毕业设计答辩。

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5. 参考文献

[1]贾丽媛,杜欣,并行启发式算法研究j,湖南城市学院院报(自然科学版),2006

[2]王小平,曹立明,启发式算法—理论、应用与软件实现M,西安:西安交通大学出版社,2002

[3]毛盛贤,刘国瑞,遗传工程的应用与展望M,北京师范大学出版社,1986

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