蚁群算法应用实例详解
(完整word版)蚁群算法报告
蚁群算法报告学院:专业:学号:姓名:目录第一部分：蚁群算法原理介绍 (3)1.1蚁群算法的提出 (3)1.2蚁群算法的原理的生物学解释 (3)1.3蚁群算法的数学模型 (3)1.4蚁群算法实现步骤 (5)第二部分：蚁群算法实例--集装箱码头船舶调度模型 (6)2.1集装箱码头船舶调度流程图 (6)2.2算例与MATLAB编程的实现 (6)2.2.1算法实例 (6)2.2.2 Matlab编程 (8)第三章：MATLAB 优化设计工具箱简介 (14)3.1M ATLAB优化工具箱 (14)3.1.1优化工具箱功能： (15)3.2M ATLAB 优化设计工具箱中的函数 (15)3.2.2 方程求解函数 (15)3.2.3最小二乘（曲线拟合）函数 (16)3.2.4 使用函数 (16)3.2.5 大型方法的演示函数 (16)3.2.6 中型方法的延时函数 (16)3.4优化函数简介 (17)3.4.1优化工具箱的常用函数 (17)3.4.2 函数调用格式 (17)3.5模型输入时所需注意的问题 (19)第一部分：蚁群算法原理介绍1.1蚁群算法的提出蚂蚁是地球上最常见、数量最多的昆虫种类之一，常常成群结队地出现于人类的日常生活环境中。
受到自然界中真实蚁群集体行为的启发，意大利学者M.Dorig 。
于20世纪90年代初，在他的博士论文中首次系统地提出了一种基于蚂蚁种群的新型优化算法—蚁群算法}28}(Ant Colony Algorithm, ACA)，并成功地用于求解旅行商问题，自1996年之后的五年时间里，蚁群算法逐渐引起了世界许多国家研究者的关注，其应用领域得到了迅速拓宽。
1.2蚁群算法的原理的生物学解释据观察和研究发现，蚂蚁倾向于朝着信息激素强度高的方向移动。
因此蚂蚁的群体行为便表现出了一种信息激素的正反馈现象。
当某条路径上经过的蚂蚁越多，该路径上存留的信息激素也就越多，以后就会有更多的蚂蚁选择它。
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)])
蚁群算法应用实例
蚁群算法应用实例在我们的日常生活中，很多看似复杂的问题都有着巧妙的解决方法，而蚁群算法就是其中一种神奇的工具。
或许你会好奇，蚁群算法？这到底是啥？别急，让我给您慢慢道来。
想象一下这样一个场景，在一个繁忙的工厂车间里，货物堆积如山，工人们忙得不可开交。
负责调度的老张正愁眉苦脸，因为他得想办法安排好货物的运输路径，既要保证效率，又要节省成本。
这可真是个让人头疼的难题！这时，有人提到了蚁群算法，老张一脸疑惑：“啥是蚁群算法？能解决我这火烧眉毛的问题？”其实啊，蚁群算法就像是一群聪明的小蚂蚁在工作。
蚂蚁们出去寻找食物的时候，一开始是没有明确路线的，它们到处乱转。
但是神奇的是，它们总能找到最短的那条路。
这是为啥呢？因为蚂蚁在走过的路上会留下一种特殊的信息素，后面的蚂蚁能感知到这种信息素，而且会倾向于选择信息素浓度高的路走。
走的蚂蚁越多，信息素浓度就越高，这条路就越受欢迎，慢慢就形成了最优路径。
老张听了，若有所思地点点头。
那蚁群算法在现实生活中有哪些应用实例呢？比如说物流配送。
就像老张的工厂，要把货物送到各个客户手中，得规划好车辆的行驶路线。
用蚁群算法就能算出最优的配送路径，减少运输时间和成本。
再比如，通信网络中的路由选择。
信息在网络中传输，就像蚂蚁找路一样，要找到最快、最稳定的路径。
蚁群算法能帮助网络找到最佳的路由策略，让信息传递更高效。
还有，在一些大型的生产制造中，比如安排生产任务的顺序，蚁群算法也能大显身手。
它能综合考虑各种因素，像是设备的可用性、订单的紧急程度等等，给出最合理的生产计划。
这蚁群算法难道不是很神奇吗？它就像是一个幕后的智慧军师，默默地为我们解决了很多看似无解的难题。
您想想，要是没有这些巧妙的算法，我们的生活得变得多么混乱和低效啊！所以说，蚁群算法在现代社会中有着广泛而重要的应用，它真的是科技带给我们的一大福音。
它用小小的“蚂蚁智慧”，为我们创造出了大大的便利和效益。
蚁群算法原理与应用讲解
蚁群算法在物流系统优化中的应用——配送中心选址问题LOGO框架蚁群算法概述蚁群算法模型物流系统中配送中心选择问题蚁群算法应用与物流配送中心选址算法举例蚁群算法简介•蚁群算法(Ant Algorithm简称AA)是近年来刚刚诞生的随机优化方法，它是一种源于大自然的新的仿生类算法。
由意大利学者Dorigo最早提出，蚂蚁算法主要是通过蚂蚁群体之间的信息传递而达到寻优的目的，最初又称蚁群优化方法(Ant Colony Optimization简称ACO)。
由于模拟仿真中使用了人工蚂蚁的概念，因此亦称蚂蚁系统(Ant System，简称AS)。
蚁群觅食图1•How do I incorporate my LOGO and URL to a slide that will apply to all the other slides?–On the [View]menu, point to [Master],and thenclick [Slide Master]or [Notes Master].Changeimages to the one you like, then it will apply to allthe other slides.[ Image information in product ]▪Image : www.wizdata.co.kr▪Note to customers : This image has been licensed to be used within this PowerPoint template only.You may not extract the image for any other use.•蚁群算法是利用群集智能（swarm intelligence）解决组合优化问题的典型例子，作为一种新的仿生类进化算法，该算法模仿蚂蚁觅食时的行为，按照启发式思想，通过信息传媒—菲洛蒙(Pheromone)的诱导作用，逐步收敛到问题的全局最优解，迄今为止，蚂蚁算法己经被用于TSP问题，随后应用在二次分配问题(QAP)、工件排序问题、车辆调度等问题。
蚁群算法应用实例
问题分析
• 混沌蚁群算法是利用混沌算法旳全排列性。
混沌变量
遍历性
随机性
规律性
改善蚁群算法存在旳轻易过早收敛、易陷于局 部最优、对边沿定位不精确等问题。
检测措施
• ① 在图片范围内随机投放M×N只蚂蚁，利用蚂蚁 随机搜索途径时，图像灰度值旳变化情况不断更 新信息素矩阵；
• ② 利用蚁群算法旳正反馈性，最终产生旳信息素 矩阵计算图像旳阈值；
混沌蚁群算法在图像边沿检测中旳应用
目录
1
背景简介
问题分析
2
3
措施环节
应用实例
4
5
结论
背景简介
边沿检测：采用某种算法来提取出图 像图像中对象与背景间旳交界线。
检测旳目旳
① 辨别图像中物体构造、纹 理、形态旳主要信息， ② 为图像后期处理和分析提 供了主要旳参数指标， ③ 对后续进一步旳特征描述、 匹配和辨认等有着重大旳影响。
背景简介
蚁群算法是一种新 型旳仿生学优化算法， 利用蚂蚁群体觅食所释 放出旳信息素为媒介进 行间接旳信息传递，背 面旳蚂蚁利用信息素旳 强度来对近来觅食或归 巢路线进行判断选择。
问题分析
• canny算子提取旳边界较完整，细节清楚，但轻易 把噪声点误判为边界。
• 蚁群算法具有较强旳适应性、正反馈性和鲁棒性， 但也存在易陷入局部最优解。
式中
基本环节
• 环节三
• 设置迭代系数
，更新阈值 ：
• 环节四
•若 若 图片为：
返回环节2 继续划分阈值 ； 则输出阈值 根据阈值划分
应用实例
• Matlab上进行仿真 以128×128 旳灰度图为例，分别利用 Canny边沿检测算子、蚁群算法和混沌蚁群算法对图 像边沿进行提取。
蚁群算法简述及实现
蚁群算法简述及实现1 蚁群算法的原理分析蚁群算法是受自然界中真实蚁群算法的集体觅食行为的启发而发展起来的一种基于群体的模拟进化算法,属于随机搜索算法,所以它更恰当的名字应该叫“人工蚁群算法”,我们一般简称为蚁群算法。
M.Dorigo等人充分的利用了蚁群搜索食物的过程与著名的TSP问题的相似性,通过人工模拟蚁群搜索食物的行为来求解TSP问题。
蚂蚁这种社会性动物,虽然个体行为及其简单,但是由这些简单个体所组成的群体却表现出及其复杂的行为特征。
这是因为蚂蚁在寻找食物时,能在其经过的路径上释放一种叫做信息素的物质,使得一定范围内的其他蚂蚁能够感觉到这种物质,且倾向于朝着该物质强度高的方向移动。
蚁群的集体行为表现为一种正反馈现象,蚁群这种选择路径的行为过程称之为自催化行为。
由于其原理是一种正反馈机制,因此也可以把蚁群的行为理解成所谓的增强型学习系统(Reinforcement Learning System)。
引用M.Dorigo所举的例子来说明蚁群发现最短路径的原理和机制,见图1所示。
假设D 和H之间、B和H之间以及B和D之间(通过C)的距离为1,C位于D和B的中央(见图1 (a))。
现在我们考虑在等间隔等离散世界时间点(t=0,1,2……)的蚁群系统情况。
假设每单位时间有30只蚂蚁从A到B,另三十只蚂蚁从E到D,其行走速度都为1(一个单位时间所走距离为1),在行走时,一只蚂蚁可在时刻t留下浓度为1的信息素。
为简单起见,设信息素在时间区间(t+1，t+2)的中点(t+1.5)时刻瞬时完全挥发。
在t=0时刻无任何信息素,但分别有30只蚂蚁在B、30只蚂蚁在D等待出发。
它们选择走哪一条路径是完全随机的,因此在两个节点上蚁群可各自一分为二,走两个方向。
但在t=1时刻,从A到B的30只蚂蚁在通向H的路径上(见图1 (b))发现一条浓度为15的信息素,这是由15只从B走向H的先行蚂蚁留下来的;而在通向C的路径上它们可以发现一条浓度为30的信息素路径,这是由15只走向BC的路径的蚂蚁所留下的气息与15只从D经C到达B留下的气息之和(图1 (c))。
蚁群优化算法及其应用
蚁群优化算法及其应用1.引言1.1蚁群行为一只蚂蚁看起来微不足道，但多个蚂蚁形成的蚁群似乎就是一个非常规整的军队，在很多情况下，他可以完成很多单只蚂蚁完成不到的事。
这种行为可以看成多个蚂蚁之间的合作，最典型的一个例子就是寻找食物。
在我们的生活中，我们经常可以观察到蚂蚁排成一条直线非常有规整的搬运食物，它是一条直线而不是别的形状。
当蚁群的行进路线出现障碍的时候，蚂蚁的位置总是非常规整而又均匀。
只要等待时间一会儿，蚂蚁就能找到回蚁穴的最短路径。
蚂蚁可以利用这个信息。
当蚂蚁出去觅食会释放信息素，并且沿着行进的路线释放，而且蚂蚁之间都可以互相感应信息素。
信息素的浓度多少决定了食物与蚁穴之间的距离。
信息素浓度越高，食物与蚁穴距离就越短。
1.2一个关于寻路行为的简单例子戈斯S等人在1989年进行了“双桥”实验。
这个实验说明了，蚁群会选择出食物与蚁穴的最短的距离。
下面的例子也能解释它。
图 1如图1所示，如果路线是从A点到D点，有俩个选择ABD和ACD路线，假如现在有俩只蚂蚁B和C分别在ABD路线和ACD路线上，一个时间单位进一步，8个时间单位后，情况如图2所示：从ABD路线最后到D的蚂蚁，从ACD路线最后到C的蚂蚁. 再过8个单位时间后，可以得到以下情况：B蚂蚁已经到A点了，而C蚂蚁才到D点.图 232个单位时间后，在ABD路线上的蚂蚁已经折返了两次，而在ACD路线上的蚂蚁只有折返一次，是不是可以说明ABD上面的信息素比ACD多出了一倍。
接下来，受信息素的影响，ABD路径会被两倍多的蚂蚁选择，所以ABD路线上会有更多的蚂蚁，也会有更多的信息素。
最后，在32个单位的时间后，信息素浓度的比值将达到3：1。
信息素浓度越来越高蚂蚁也会相应越来越多，而ACD路径将逐渐被放弃。
这就是蚂蚁如何依赖信息素来形成积极反馈的方式。
由于前一条蚂蚁在一开始的路径上没有留下信息素，所以蚂蚁向两个方向移动的概率是相等的。
但是，蚂蚁移动的时候，它会释放信息素。
《蚁群算法介绍》课件
输出最优解和相关性能指标。
详细描述
这一步是将最优解和相关性能指标输出，以 便于对算法的性能进行分析和评估。
04
蚁群算法的性能分析
收敛性分析
收敛速度
蚁群算法在优化问题中的收敛速度取决于初始信息素分布、蚂蚁数量、迭代次数等因素 。
最优解质量
蚁群算法在某些问题上可能找到全局最优解，但在其他问题上可能只能找到近似最优解 。
VS
详细描述
这一步是生成初始解的过程，需要按照设 定的规则，将蚂蚁随机放置在解空间中， 并初始化每条路径上的信息素。
迭代优化
总结词
通过蚂蚁的移动和信息素的更新，不断优化 解的质量。
详细描述
这一步是蚁群算法的核心部分，通过模拟蚂 蚁的移动和信息素的更新机制，不断迭代优 化解的质量，最终找到最优解。
结果
多目标优化问题的蚁群算法
针对多目标优化问题，蚁群算法需要 进行相应的改进。
VS
多目标优化问题要求算法在满足多个 冲突目标的同时找到最优解。这需要 对蚁群算法进行相应的调整，以适应 多目标优化的特性。例如，可以通过 引入权重因子来平衡各个目标之间的 矛盾，或者采用非支配排序方法对解 进行分层处理，以便更好地处理多目 标优化问题。
蚁群算法的优化目标
寻找最短路径
蚁群算法的主要目标是找到起点到终 点之间的最短路径，这在实际应用中 可用于解决如旅行商问题、车辆路径 问题等优化问题。
平衡搜索与探索
蚁群算法需要在搜索和探索之间取得 平衡，以避免陷入局部最优解，提高 算法的全局搜索能力。
03
蚁群算法的实现步骤
问题建模
总结词
将实际问题抽象为蚁群算法能够解决的问题模型。
蚂蚁根据局部信息素浓度选择移动方向，倾向于选择信息素浓度较高的路径。
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蚁群算法应用实例详解
1. 旅行商问题（Traveling Salesman Problem，TSP）：TSP是一种
经典的优化问题，旨在找到一条经过所有城市的最短路径。
蚁群算法可以
通过每只蚂蚁在城市之间释放信息素的方式，不断更新路径的选择概率，
最终找到最优解。
2.工厂布局问题：在工厂布局问题中，需要确定在给定一组潜在工厂
位置的情况下，如何选择最佳的工厂位置以最小化总体成本。
蚁群算法可
以模拟蚂蚁根据信息素量来选择工厂位置，从而找到最优的布局方案。
3.路径规划问题：蚁群算法可以用于快速找到最短路径或最优路径。
例如，蚁群算法可以在无人机飞行中用于路径规划，以指导无人机在给定
目标点之间找到最短路径。
4.数据聚类问题：蚁群算法可以用于数据聚类，通过模拟蚂蚁寻找食
物的行为，将相似的数据点聚集到一起。
这种算法可以有效地将相似的数
据点聚集在一起，从而形成聚类。
5.多目标优化问题：在多目标优化问题中，蚁群算法可以用来找到一
组非支配解，这些解在目标函数空间中没有比其他解更好的解。
蚁群算法
可以通过使用多个信息素矩阵来维护多个目标函数的信息素量，以求得非
支配解。
6.物流路径优化：在物流领域中，蚁群算法可以应用于寻找最佳的路
径规划方案。
蚂蚁释放的信息素可以代表路径上的可行性和效率，使得算
法能够找到最佳的物流路径。
以上仅是蚁群算法在实际应用中的一些例子，实际上蚁群算法还有很
多其他的应用领域，如电力系统优化、车辆路径规划、无线传感器网路等。
蚁群算法的优势在于其灵活性和适应性，能够在不同的问题领域和复杂环境中找到最优解。