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禁忌搜尋演算法(Tabu Search)

  由7層不同的絕緣材料構成的一種絕緣體,應如何排列順序,可獲得最好的絕緣效能。

   編碼方式:順序編碼

初始編碼:2-5-7-3-4-6-1

目標值:極大化目標值。

  鄰域移動:兩兩交換

  TabuSize3  NG5

  



    

  


四、TS演算法解決TSP問題:

%%一個旅行商人要拜訪全國31個省會城市,且每個城市只能拜訪一次,求所有路徑之中的最小值

%%%禁忌搜尋演算法求解TSP問題%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
function [BestShortcut,theMinDistance]=TabuSearch
clear;
clc;
Clist=[1304 2312;3639 1315;4177 2244;3712 1399;3488 1535;3326 1556;3238 1229;...
    4196 1044;4312  790;4386  570;3007 1970;2562 1756;2788 1491;2381 1676;...
    1332  695;3715 1678;3918 2179;4061 2370;3780 2212;3676 2578;4029 2838;...
    4263 2931;3429 1908;3507 2376;3394 2643;3439 3201;2935 3240;3140 3550;...
    2545 2357;2778 2826;2370 2975];%全國31個省會城市座標

CityNum=size(Clist,1);%TSP問題的規模,即城市數目
dislist=zeros(CityNum); 
for i=1:CityNum
    for j=1:CityNum
        dislist(i,j)=((Clist(i,1)-Clist(j,1))^2+(Clist(i,2)-Clist(j,2))^2)^0.5;       
    end
end
TabuList=zeros(CityNum);                      % (tabu list)
TabuLength=round((CityNum*(CityNum-1)/2)^0.5);%禁忌表長度(tabu length)
Candidates=200;                               %候選集的個數 (全部領域解個數)
CandidateNum=zeros(Candidates,CityNum);       %候選解集合
S0=randperm(CityNum);                         %隨機產生初始解
BSF=S0;                                       %best so far;
BestL=Inf;                                    %當前最佳解距離
p=1;                                         %記錄迭代次數
StopL=2000;                                  %最大迭代次數

figure(1);
stop = uicontrol('style','toggle','string'...
,'stop','background','white');
tic;                                         %用來儲存當前時間
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%禁忌搜尋迴圈%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
while p<StopL
    if Candidates>CityNum*(CityNum-1)/2
        disp('候選解個數不大於n*(n-1)/2!');
        break;
    end
    ALong(p)=Fun(dislist,S0);      %當前解適配值
    
    i=1;
    A=zeros(Candidates,2);          % 解中交換的城市矩陣

    %以下while的 是生成隨機的200 X 2  的矩陣矩陣A。每一個元素都是在1-31之間的
    while i<=Candidates        
        M=CityNum*rand(1,2);
        M=ceil(M);
        if M(1)~=M(2)
            A(i,1)=max(M(1),M(2));
            A(i,2)=min(M(1),M(2));
                if i==1
                isa=0;
            else
                for j=1:i-1
                    if A(i,1)==A(j,1) && A(i,2)==A(j,2)
                        isa=1;
                        break;
                    else
                        isa=0;
                    end
                end
            end 
            if ~isa
               i=i+1;
            else 
            end            
        else 
        end
    end
    %%%%%%%%產生領域解%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    BestCandidateNum=100;%保留前BestCandidateNum個最好候選解
    BestCandidate=Inf*ones(BestCandidateNum,4);
    F=zeros(1,Candidates);
    
    %這相當於是產生一個S0的鄰域...
    for i=1:Candidates
        CandidateNum(i,:)=S0;  %候選解集合。
        CandidateNum(i,[A(i,2),A(i,1)])=S0([A(i,1),A(i,2)]);
        F(i)=Fun(dislist,CandidateNum(i,:));
        if i<=BestCandidateNum
            BestCandidate(i,2)=F(i);
            BestCandidate(i,1)=i;
            BestCandidate(i,3)=S0(A(i,1));
            BestCandidate(i,4)=S0(A(i,2));   
        else
            for j=1:BestCandidateNum
                if F(i)<BestCandidate(j,2)
                    BestCandidate(j,2)=F(i);
                    BestCandidate(j,1)=i;
                    BestCandidate(j,3)=S0(A(i,1));
                    BestCandidate(j,4)=S0(A(i,2));
                    break;
                end            
            end
        end
    end
    %對BestCandidate 
    [JL,Index]=sort(BestCandidate(:,2)); 
    SBest=BestCandidate(Index,:);
    BestCandidate=SBest;
    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%藐視準則%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
      if BestCandidate(1,2)<BestL
        BestL=BestCandidate(1,2);
        S0=CandidateNum(BestCandidate(1,1),:);        
        BSF=S0;
        for m=1:CityNum
            for n=1:CityNum
                if TabuList(m,n)~=0
                    TabuList(m,n)=TabuList(m,n)-1;      % 更新禁忌表
                end
            end
        end
        TabuList(BestCandidate(1,3),BestCandidate(1,4))=TabuLength;   % 更新禁忌表
    else  
        
for i=1:BestCandidateNum
            if  TabuList(BestCandidate(i,3),BestCandidate(i,4))==0
                S0=CandidateNum(BestCandidate(i,1),:);                
            for m=1:CityNum
                for n=1:CityNum
                    if TabuList(m,n)~=0
                        TabuList(m,n)=TabuList(m,n)-1;                % 更新禁忌表
                    end
                end
            end        
            TabuList(BestCandidate(i,3),BestCandidate(i,4))=TabuLength;       % 更新禁忌表
            break;
            end
        end
      end
    
      
   
    ArrBestL(p)=BestL; 
    
    
    for i=1:CityNum-1
        plot([Clist(BSF(i),1),Clist(BSF(i+1),1)],[Clist(BSF(i),2),Clist(BSF(i+1),2)],'bo-');
        hold on;
    end
    plot([Clist(BSF(CityNum),1),Clist(BSF(1),1)],[Clist(BSF(CityNum),2),Clist(BSF(1),2)],'ro-');
    title(['迭代次數:',int2str(p),' 優化最短距離:',num2str(BestL)]);
    hold off;
    pause(0.005);
    if get(stop,'value')==1
        break;
    end
    %儲存中間結果為圖片
    if (p==1||p==5||p==10||p==20||p==60||p==150||p==400||p==800||p==1500||p==2000)
        filename=num2str(p);
        fileformat='jpg';
        saveas(gcf,filename,fileformat);
    end 
    p=p+1;                                                          %迭代次數加1
end
toc;                                         %用來儲存完成時間
BestShortcut=BSF;                            %最佳路線
theMinDistance=BestL;                        %最佳路線長度
set(stop,'style','pushbutton','string','close', 'callback','close(gcf)');

figure(2);
plot(ArrBestL,'b');
xlabel('迭代次數');
ylabel('目標函式值');
title('適應度進化曲線');
grid;
hold on;


%%figure(3)
%%plot(toc-tic,'b');
%%grid;
%%title('執行時間');
%%legend('Best So Far','當前解');




%%%%%適配值函式%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
function F=Fun(dislist,s)   
DistanV=0;
n=size(s,2);
for i=1:(n-1)
    DistanV=DistanV+dislist(s(i),s(i+1));
end
    DistanV=DistanV+dislist(s(n),s(1));      
F=DistanV;