求解等圆packing问题的拟物拟人算法改进策略研究

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求解NP难度问题是目前计算机科学技术的瓶颈任务,对于NP难度问题的求解可能根本就不存在既完整又快速的算法。等圆packing问题是一类典型的NP难度问题,是当今国际上公认的研究NP难度问题最天然最明了的试金石,设计高效的算法求解等圆packing问题将为研究NP难度问题提供重要的理论指导和实践经验。拟物拟人方法是黄文奇教授提出的求解NP难问题的一个重要方法,其基本思想是到大自然和人类社会中去寻找解决困难数学问题的智慧。拟物算法在求解等圆packing问题时,存在计算后期的收敛速度相当慢、盲目搜索等问题。针对拟物算法的不足,提出了以下几点改进策略:通过烧荒策略调整圆饼的移动次序,充分利用圆饼每次移动的信息,加快了算法的演化速度;通过横向搜索策略解决在全局最小值附近可能出现势能下降停滞不前的问题;通过“安乐死”策略预测拟物法中搜索过程的前景,在一定程度上避免了搜索的盲目性;通过减少计算过程中对得到的新格局是否为最优格局的判断次数,节约大量的计算时间。在拟人算法方面,重点研究了“调走最痛苦者”跳坑策略,对如何寻找最痛苦的圆饼和如何该圆饼再次将放入圆盘中作了深入的分析,并提出了相应的对策。最后,用N=1,2,…,100个圆饼的算例(其中大圆盘的半径取目前国际上已知的最小值)对改进的拟物拟人算法进行检验,除N=93和N=95个圆饼以外的98个算例,改进的拟物拟人算法均较快的得到了问题的全局最优解。
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