蚁群算法步骤
蚁群算法
两阶段算法（Two Phase Algorithm）
算法举例
（3）以P0为起点，以P4为终点，求下图最短路径L
Dijkstra算法 动态规划 L为 P0→P6 → P3 → P4. 总长度为97km。
（4）根据最短路进行分组，最短路由三条分支组成，即
P0→P5 → P8 → P7 → P6 → P0. 33km，5.9t
0 0
4 10 17 0
节约法（Saving Method）
算法举例
点对之间连接的距离节约值
连接点 3-4 2-3 7-8 6-7 1-7 节约里程 19 18 17 16 13 连接点 1-2 1-6 6-8 2-4 1-3 节约里程 12 11 10 9 8 连接点 1-8 2-7 5-8 2-6 4-5 节约里程 5 5 4 3 3 连接点 5-7 3-7 5-6 节约里程 3 1 1
Cij P0 P5 P8 P0 0 P5 8 0 P8 22 18 0 P7 33 29 28 P6 33 29 28 P1 ∞ ∞ 37 P2 ∞ ∞ ∞ P3 ∞ ∞ ∞ P4 ∞ ∞ ∞
P7
P6 P1 P2 P3 P4
0
16
0
25
20 0
35
30 22 0
∞
42 34 30 0
∞
∞ ∞ ∞ 22 0
节约法（Saving Method）
算法举例
求初始解
令Ii={i}，i=1，2，· · · ，8；最短路长li=2C0i；载重量ri=Ri；标记 （合并次数）B1=B2=· · · =B8=0.
按节约里程从大到小合并路径 8
P3 P29 10P15 NhomakorabeaP4
11
蚁群算法的原理及流程
蚁群算法的原理及流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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蚁群算法是一种模拟自然界中蚂蚁觅食行为的仿生算法。
蚁群算法及案例分析精选全文
群在选择下一条路径的时
候并不是完全盲目的,而是
按一定的算法规律有意识
地寻找最短路径
自然界蚁群不具有记忆的
能力，它们的选路凭借外
激素，或者道路的残留信
息来选择，更多地体现正
反馈的过程
人工蚁群和自然界蚁群的相似之处在于,两者优先选择的都
是含“外激素”浓度较大的路径; 两者的工作单元(蚂蚁)都
正反馈、较强的鲁棒性、全
局性、普遍性
局部搜索能力较弱，易出现
停滞和局部收敛、收敛速度
慢等问题
优良的分布式并行计算机制
长时间花费在解的构造上，
导致搜索时间过长
Hale Waihona Puke 易于与其他方法相结合算法最先基于离散问题，不
能直接解决连续优化问题
蚁群算法的
特点
蚁群算法的特点及应用领域
由于蚁群算法对图的对称性以
及目标函数无特殊要求，因此
L_ave=zeros(NC_max,1);
%各代路线的平均长度
while NC<=NC_max
%停止条件之一：达到最大迭代次数
% 第二步：将m只蚂蚁放到n个城市上
Randpos=[];
for i=1:(ceil(m/n))
Randpos=[Randpos,randperm(n)];
end
Tabu(:,1)=(Randpos(1,1:m))';
scatter(C(:,1),C(:,2));
L(i)=L(i)+D(R(1),R(n));
hold on
end
plot([C(R(1),1),C(R(N),1)],[C(R(1),2),C(R(N),2)])
基于蚁群算法的路径规划
基于蚁群算法的路径规划路径规划是指在给定起点和终点的情况下，找到一条最优路径使得在特定条件下完成其中一种任务或达到目标。
蚁群算法（Ant Colony Optimization，简称ACO）是一种模拟蚂蚁寻找食物路径的启发式算法，已经广泛应用于路径规划领域。
本文将详细介绍基于蚁群算法的路径规划的原理、方法和应用，旨在帮助读者深入理解该领域。
1.蚁群算法原理蚁群算法的灵感源自蚂蚁在寻找食物过程中携带信息以及通过信息交流来引导其他蚂蚁找到食物的群体行为。
算法的基本原理如下：1）路径选择方式：蚂蚁根据信息素浓度和距离的启发信息进行路径选择，信息素浓度高的路径和距离短的路径更容易被选择。
2）信息素更新方式：蚂蚁在路径上释放信息素，并通过信息素挥发过程和信息素增强机制来更新路径上的信息素浓度。
3）路径优化机制：较短路径上释放的信息素浓度较高，经过多次迭代后，社会积累的信息素会指引蚂蚁群体更快地找到最优路径。
4）局部和全局：蚂蚁在选择路径时，既有局部的能力，也有全局的能力，这使得算法既能收敛到局部最优解，又能跳出局部最优解继续探索新的路径。
2.蚁群算法步骤1）定义问题：明确起点、终点以及路径上的条件、约束等。
2）初始化信息素与距离矩阵：设置初始信息素值和距离矩阵。
3）蚂蚁移动：每只蚂蚁根据信息素浓度和距离的启发选择下一个节点，直到到达终点。
4）信息素更新：蚂蚁根据路径上释放的信息素更新信息素矩阵。
5）迭代：不断重复蚂蚁移动和信息素更新过程，直到满足停止条件为止。
6）输出最优路径：根据迭代结果输出最优路径。
3.蚁群算法应用1）TSP问题：旅行商问题（Traveling Salesman Problem，TSP）是蚁群算法应用的典型问题之一、该问题是在给定一组城市以及它们之间的距离，求解一条经过每个城市一次且最短的路径。
蚁群算法通过模拟蚂蚁在城市之间的移动来求解该问题，并能够较快地找到接近最优解的路径。
2）无人机路径规划：无人机路径规划是指在给定起点和终点的情况下，找到无人机的最优飞行路径。
蚁群算法——精选推荐
蚁群算法⼀、蚁群算法蚁群算法是在20世纪90年代由澳⼤利亚学者Marco Dorigo等⼈通过观察蚁群觅⾷的过程，发现众多蚂蚁在寻找⾷物的过程中，总能找到⼀条从蚂蚁巢⽳到⾷物源之间的最短路径。
随后他们在蚂蚁巢⽳到⾷物源之间设置了⼀个障碍，⼀段时间以后发现蚂蚁⼜重新⾛出了⼀条到⾷物源最短的路径。
通过对这种现象的不断研究，最后提出了蚁群算法。
蚁群算法在解决（即TSP问题）时，取得了⽐较理想的结果。
⼆、基本⼈⼯蚁群算法原理运⽤⼈⼯蚁群算法求解TSP问题时的基本原理是：将m个蚂蚁随机地放在多个城市，让这些蚂蚁从所在的城市出发，n步（⼀个蚂蚁从⼀个城市到另外⼀个城市为1步）之后返回到出发的城市。
如果m个蚂蚁所⾛出的m条路经对应的中最短者不是TSP问题的最短路程，则重复这⼀过程，直⾄寻找到满意的TSP问题的最短路径为⽌。
为了说明这⼀个算法下⾯⽤⼀个算法流程图来表⽰⼀下：三、蚁群算法中涉及到的参数及其符号：：蚂蚁数量，约为城市数量的1.5倍。
如果蚂蚁数量过⼤，则每条路径上的信息素浓度趋于平均，正反馈作⽤减弱，从⽽导致收敛速度减慢；如果过⼩，则可能导致⼀些从未搜索过的路径信息素浓度减⼩为0，导致过早收敛，解的全局最优性降低：信息素因⼦，反映了蚂蚁运动过程中积累的信息量在指导蚁群搜索中的相对重要程度，取值范围通常在[1, 4]之间。
如果信息素因⼦值设置过⼤，则容易使随机搜索性减弱；其值过⼩容易过早陷⼊局部最优：启发函数因⼦，反映了启发式信息在指导蚁群搜索中的相对重要程度，取值范围在[3, 4.5]之间。
如果值设置过⼤，虽然收敛速度加快，但是易陷⼊局部最优；其值过⼩，蚁群易陷⼊纯粹的随机搜索，很难找到最优解：信息素挥发因⼦，反映了信息素的消失⽔平，相反的反映了信息素的保持⽔平，取值范围通常在[0.2, 0.5]之间。
当取值过⼤时，容易影响随机性和全局最优性；反之，收敛速度降低：信息素常数，表⽰蚂蚁遍历⼀次所有城市所释放的信息素总量。
蚁群算法
基本蚁群算法程序流程图
开始 初始化
循环次数Nc← Nc+1
蚂蚁k=1 蚂蚁k=k+1
按式（1）选择下一元素 修改禁忌表 N Y K≥ m
按式（2）和式（3）进行信息量更新 满足结束条件 Y
Байду номын сангаас输出程序计算结果 结束 N
复杂度分析
对于TSP，所有可行的路径共有(n-1)!/2条，以 此路径比较为基本操作，则需要(n-1)!/2-1次基 本操作才能保证得到绝对最优解。 若1M FLOPS，当n=10, 需要0.19秒 n=20, 需要1929年 n=30, 需要1.4X10e17年
{ ij (t ) | ci , c j C}是t时刻集合C中元素
蚂蚁k(k=1,2,…,m)在运动过程中，根据各条路径上的信息 量决定其转移方向。这里用禁忌表tabuk来记录蚂蚁k当前 所走过的城市，集合随着tabuk进化过程做动态调整。在 搜索过程中，蚂蚁根据各条路径上的信息量及路径的启发 信息来计算状态转移概率。在t时刻蚂蚁k由元素（城市）i 转移到元素（城市）j的状态转移概率：
1) 标有距离的路径图 2) 在0时刻，路径上没有信息素累积，蚂蚁选择路径为任意 3) 在1时刻，路径上信息素堆积，短边信息素多与长边，所以蚂蚁更 倾向于选择ABCDE
特
点
（1）其原理是一种正反馈机制或称增强型学习系统；它通过 信息素的不断更新达到最终收敛于最优路径上； （2）它是一种通用型随机优化方法；但人工蚂蚁决不是对实 际蚂蚁的一种简单模拟，它融进了人类的智能； （3）它是一种分布式的优化方法；不仅适合目前的串行计算 机，而且适合未来的并行计算机； （4）它是一种全局优化的方法；不仅可用于求解单目标优化 问题，而且可用于求解多目标优化问题； 2 （5）它是一种启发式算法；计算复杂性为 O( NC m n )，其 中NC 是迭代次数，m 是蚂蚁数目，n 是目的节点数目。
马隆杰--蚁群算法
蚁群算法的基本思想
搜索环境
第一次搜索t=0搜索情况 人工蚁群例子
t=1 时刻搜索情况
基于TSP问题的基本蚁群算法
TSP求解中，假设蚁群算法中的每只蚂蚁是具有以下特征 的简单智能体： 每次周游，每只蚂蚁在其经过的支路（i,j）上都留下 信息素。 蚂蚁选择城市的概率与城市之间的距离和当前连接支路 上所包含的信息素余量有关。 为了强制蚂蚁进行合法的周游，直到一次周游完成后， 才允许蚂蚁游走已访问过的城市（这可由禁忌表来控 制）。
ik, j
L2 =BC+CD+DA+AE
Q if ( i , j ) t our Lk 0 ot herwise
2
[C,B,E,D,A]
L3 =CB+BE+ED+DA
3
[D,E,A,B,C]
L4 =DE+EA+AB+BC
4
[E,A,B,C,D]
L5 =EA+AB+BC+CD
蚁群系统
ACS与AS的区别？
① 蚂蚁的状态转移规则不同； ② 全局更新规则不同； ③ 新增了对各条路径信息量调整的局部更新 规则。
蚁群系统
蚂蚁的状态转移规则不同
基本蚁群算法（AS）
k pij
蚁群系统（ACS）
arg max{[ (i, s)] [ (i, s)] },q q 0
基于TSP问题的基本蚁群算法
两个过程： 1、状态转移 2、信息素更新
基于TSP问题的基本蚁群算法
蚂蚁k(k=1,2，…,m)根据各个城市间连接路径上的 信息素浓度和路径启发信息决定其下一个访问城市，这 里用禁忌表tabuk来记录蚂蚁k当前所走过的城市，在 t 时刻蚂蚁 k 由城市 i 转移到城市 j 的状态转移概率为：
蚁群算法详细讲解
21
1.2 蚁群优化算法概念
1.2.1 蚁群算法原理 1.2.2 简化的蚂蚁寻食过程 1.2.3 自然蚁群与人工蚁群算法 1.2.4 蚁群算法与TSP问题 1.2.5 初始的蚁群优化算法—基于图的 蚁群系统（GBAS） 1.2.6 一般蚁群算法的框架
22
1.2.1 蚁群算法原理
蚁群算法是对自然界蚂蚁的寻径方式进行模似而得出的一种仿 生算法。蚂蚁在运动过程中，能够在它所经过的路径上留下一种称 之为外激素(pheromone)的物质进行信息传递，而且蚂蚁在运动过 程中能够感知这种物质，并以此指导自己的运动方向，因此由大量 蚂蚁组成的蚁群集体行为便表现出一种信息正反馈现象：某一路径 上走过的蚂蚁越多，则后来者选择该路径的概率就越大。 为了说明蚁群算法的原理，先简要介绍一下蚂蚁搜寻食物的具 体过程。在蚁群寻找食物时，它们总能找到一条从食物到巢穴之间 的最优路径。这是因为蚂蚁在寻找路径时会在路径上释放出一种特 殊的信息素。当它们碰到一个还没有走过的路口时．就随机地挑选 一条路径前行。与此同时释放出与路径长度有关的信息素。路径越 长，释放的激索浓度越低.当后来的蚂蚁再次碰到这个路口的时 候．选择激素浓度较高路径概率就会相对较大。这样形成一个正反 馈。最优路径上的激索浓度越来越大．而其它的路径上激素浓度却 会随着时间的流逝而消减。最终整个蚁群会找出最优路径。
23
1.2.2 简化的蚂蚁寻食过程 1/3
蚂蚁从A点出发，速度相同，食物在D点，可能随机选择路线ABD 或ACD。假设初始时每条分配路线一只蚂蚁，每个时间单位行走 一步，本图为经过9个时间单位时的情形：走ABD的蚂蚁到达终点， 而走ACD的蚂蚁刚好走到C点，为一半路程。
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1.1.5 蚁群优化算法应用现状 2/5
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蚁群算法步骤
蚁群算法是一种启发式搜索算法，模拟了蚂蚁觅食时的行为，并
将其应用于解决优化问题。
蚂蚁在觅食过程中遵循的规则包括：信息
素沉积、信息素挥发、局部最优避免、全局最优搜索以及路径更新等，这些规则被运用到了蚁群算法中。
蚁群算法的基本步骤如下：
1.初始化：生成一个包含多只虚拟蚂蚁的群体，并随机放置在问
题的搜索空间中。
每个蚂蚁都有一个初始的随机位置。
2.信息素沉积：在搜索空间中，蚂蚁遍历路径，每遍历一条路径，就会将其所走过的路径上的信息素增加，用于后续蚂蚁的搜索。
3.路径选择：每只蚂蚁在某个位置上可选择的路径过多时，需要
借助信息素的浓度梯度来决定搜索路径。
信息素浓度大的路径被选择
的概率也较大。
4.路径更新：每次蚂蚁遍历完整条路径后，需要进行路径的更新。
更新路径信息素时，需要考虑当前路径的效果，并对其进行评估。
符
合条件的路径信息素增加，不符合条件的路径信息素随时间而逐渐挥发。
5.局部最优避免：在搜索过程中，蚂蚁需要通过信息素挥发来避
免陷入局部最优解中。
在信息素释放后，只有一部分信息素还存在，
这就为搜索提供了从局部最优解中跳出的可能性。
6.全局最优搜索：蚂蚁群体遵守信息素的引导，不断探索新的路径，并进行信息素的沉积、挥发和更新，从而逐步趋近于解决方案。
7.适应度评估：在蚁群算法中，适应度评估是不可或缺的一步。
通过比较搜索路径中的结果，评估其质量，以此来调整搜索策略。
8.结束条件：蚁群算法需要设定结束条件。
当蚁群达到一定的迭
代次数、已经找到最优解或者搜索已经收敛时，算法结束。
蚁群算法是一种灵活的优化方法，可以用于许多不同种类的问题。
但是，在应用中需要合理设置参数，才能得到更好的结果。
因此，在
使用蚁群算法时，需要对其进行优化和改进，以适应具体问题的特点。