算法分类
1. 常用的算法有哪些,是怎么分类的
数据元素相互之间的关系称为结构。有四类基本结构:集合、线性结构、树形结构、图状结构;
集合结构:除了同属于一种类型外,别无其它关系
线性结构:元素之间存在一对一关系常见类型有: 数组,链表,队列,栈,它们之间在操作上有所区别.例如:链表可在任意位置插入或删除元素,而队列在队尾插入元素,队头删除元素,栈只能在栈顶进行插
入,删除操作.
树形结构:元素之间存在一对多关系,常见类型有:树(有许多特例:二叉树、平衡二叉树、查找树等)
图形结构:元素之间存在多对多关系,图形结构中每个结点的前驱结点数和后续结点多个数可以任意
2. 智能算法的算法分类
模拟退火算法的依据是固体物质退火过程和组合优化问题之间的相似性。物质在加热的时候,粒子间的布朗运动增强,到达一定强度后,固体物质转化为液态,这个时候再进行退火,粒子热运动减弱,并逐渐趋于有序,最后达到稳定。
模拟退火的解不再像局部搜索那样最后的结果依赖初始点。它引入了一个接受概率p。如果新的点(设为pn)的目标函数f(pn)更好,则p=1,表示选取新点;否则,接受概率p是当前点(设为pc)的目标函数f(pc),新点的目标函数f(pn)以及另一个控制参数“温度”T的函数。也就是说,模拟退火没有像局部搜索那样每次都贪婪地寻找比现在好的点,目标函数差一点的点也有可能接受进来。随着算法的执行,系统温度T逐渐降低,最后终止于某个低温,在该温度下,系统不再接受变化。
模拟退火的典型特征是除了接受目标函数的改进外,还接受一个衰减极限,当T较大时,接受较大的衰减,当T逐渐变小时,接受较小的衰减,当T为0时,就不再接受衰减。这一特征意味着模拟退火与局部搜索相反,它能避开局部极小,并且还保持了局部搜索的通用性和简单性。
在物理上,先加热,让分子间互相碰撞,变成无序状态,内能加大,然后降温,最后的分子次序反而会更有序,内能比没有加热前更小。就像那只兔子,它喝醉后,对比较近的山峰视而不见,迷迷糊糊地跳一大圈子,反而更有可能找到珠峰。
值得注意的是,当T为0时,模拟退火就成为局部搜索的一个特例。
模拟退火的伪码表达:
procere simulated annealing
begin
t:=0;
initialize temperature T
select a current string vc at random;
evaluate vc;
repeat
repeat
select a new string vn in the neighborhood of vc; (1)
if f(vc)<f(vn)
then vc:=vn;
else if random [0,1] <exp ((f (vn)-f (vc))/T) (2)
then vc:=vn;
until (termination-condition) (3)
T:=g(T,t); (4)
T:=t+1;
until (stop-criterion) (5)
end;
上面的程序中,关键的是(1)新状态产生函数,(2)新状态接受函数,(3)抽样稳定准则,(4)退温函数,(5)退火结束准则(简称三函数两准则)是直接影响优化结果的主要环节。虽然实验结果证明初始值对于最后的结果没有影响,但是初温越高,得到高质量解的概率越大。所以,应该尽量选取比较高的初温。
上面关键环节的选取策略:
(1)状态产生函数:候选解由当前解的邻域函数决定,可以取互换,插入,逆序等操作产生,然后根据概率分布方式选取新的解,概率可以取均匀分布、正态分布、高斯分布、柯西分布等。
(2)状态接受函数:这个环节最关键,但是,实验表明,何种接受函数对于最后结果影响不大。所以,一般选取min [1, exp ((f (vn)-f (vc))/T)]。
(3)抽样稳定准则:一般常用的有:检验目标函数的均值是否稳定;连续若干步的目标值变化较小;规定一定的步数;
(4)退温函数:如果要求温度必须按照一定的比率下降,SA算法可以采用,但是温度下降很慢;快速SA中,一般采用 。目前,经常用的是 ,是一个不断变化的值。
(5)退火结束准则:一般有:设置终止温度;设置迭代次数;搜索到的最优值连续多次保持不变;检验系统熵是否稳定。
为了保证有比较优的解,算法往往采取慢降温、多抽样、以及把“终止温度”设的比较低等方式,导致算法运行时间比较长,这也是模拟退火的最大缺点。人喝醉了酒办起事来都不利索,何况兔子? “物竞天择,适者生存”,是进化论的基本思想。遗传算法就是模拟自然界想做的事。遗传算法可以很好地用于优化问题,若把它看作对自然过程高度理想化的模拟,更能显出它本身的优雅——虽然生存竞争是残酷的。
遗传算法以一种群体中的所有个体为对象,并利用随机化技术指导对一个被编码的参数空间进行高效搜索。其中,选择、交叉和变异构成了遗传算法的遗传操作;参数编码、初始群体的设定、适应度函数的设计、遗传操作设计、控制参数设定五个要素组成了遗传算法的核心内容。作为一种新的全局优化搜索算法,遗传算法以其简单通用、健壮性强、适于并行处理以及高效、实用等显着特点,在各个领域得到了广泛应用,取得了良好效果,并逐渐成为重要的智能算法之一。
遗传算法的伪码:
procere genetic algorithm
begin
initialize a group and evaluate the fitness value ; (1)
while not convergent (2)
begin
select; (3)
if random[0,1]<pc then
crossover; (4)
if random (0,1)<pm then
mutation; (5)
end;
end
上述程序中有五个重要的环节:
(1)编码和初始群体的生成:GA在进行搜索之前先将解空间的解数据表示成遗传空间的基因型串结构数据,这些串结构数据的不同组合便构成了不同的点。然后随机产生N个初始串结构数据,每个串结构数据称为一个个体, N个体构成了一个群体。GA以这N个串结构数据作为初始点开始迭代。
比如,旅行商问题中,可以把商人走过的路径进行编码,也可以对整个图矩阵进行编码。编码方式依赖于问题怎样描述比较好解决。初始群体也应该选取适当,如果选取的过小则杂交优势不明显,算法性能很差(数量上占了优势的老鼠进化能力比老虎强),群体选取太大则计算量太大。
(2)检查算法收敛准则是否满足,控制算法是否结束。可以采用判断与最优解的适配度或者定一个迭代次数来达到。
(3)适应性值评估检测和选择:适应性函数表明个体或解的优劣性,在程序的开始也应该评价适应性,以便和以后的做比较。不同的问题,适应性函数的定义方式也不同。根据适应性的好坏,进行选择。选择的目的是为了从当前群体中选出优良的个体,使它们有机会作为父代为下一代繁殖子孙。遗传算法通过选择过程体现这一思想,进行选择的原则是适应性强的个体为下一代贡献一个或多个后代的概率大。选择实现了达尔文的适者生存原则。
(4)杂交:按照杂交概率(pc)进行杂交。杂交操作是遗传算法中最主要的遗传操作。通过杂交操作可以得到新一代个体,新个体组合了其父辈个体的特性。杂交体现了信息交换的思想。
可以选定一个点对染色体串进行互换,插入,逆序等杂交,也可以随机选取几个点杂交。杂交概率如果太大,种群更新快,但是高适应性的个体很容易被淹没,概率小了搜索会停滞。
(5)变异:按照变异概率(pm)进行变异。变异首先在群体中随机选择一个个体,对于选中的个体以一定的概率随机地改变串结构数据中某个串的值。同生物界一样,GA中变异发生的概率很低。变异为新个体的产生提供了机会。
变异可以防止有效基因的缺损造成的进化停滞。比较低的变异概率就已经可以让基因不断变更,太大了会陷入随机搜索。想一下,生物界每一代都和上一代差距很大,会是怎样的可怕情形。
就像自然界的变异适和任何物种一样,对变量进行了编码的遗传算法没有考虑函数本身是否可导,是否连续等性质,所以适用性很强;并且,它开始就对一个种群进行操作,隐含了并行性,也容易找到“全局最优解”。 为了找到“全局最优解”,就不应该执着于某一个特定的区域。局部搜索的缺点就是太贪婪地对某一个局部区域以及其邻域搜索,导致一叶障目,不见泰山。禁忌搜索就是对于找到的一部分局部最优解,有意识地避开它(但不是完全隔绝),从而获得更多的搜索区间。兔子们找到了泰山,它们之中的一只就会留守在这里,其他的再去别的地方寻找。就这样,一大圈后,把找到的几个山峰一比较,珠穆朗玛峰脱颖而出。
当兔子们再寻找的时候,一般地会有意识地避开泰山,因为他们知道,这里已经找过,并且有一只兔子在那里看着了。这就是禁忌搜索中“禁忌表(tabu list)”的含义。那只留在泰山的兔子一般不会就安家在那里了,它会在一定时间后重新回到找最高峰的大军,因为这个时候已经有了许多新的消息,泰山毕竟也有一个不错的高度,需要重新考虑,这个归队时间,在禁忌搜索里面叫做“禁忌长度(tabu length)”;如果在搜索的过程中,留守泰山的兔子还没有归队,但是找到的地方全是华北平原等比较低的地方,兔子们就不得不再次考虑选中泰山,也就是说,当一个有兔子留守的地方优越性太突出,超过了“best to far”的状态,就可以不顾及有没有兔子留守,都把这个地方考虑进来,这就叫“特赦准则(aspiration criterion)”。这三个概念是禁忌搜索和一般搜索准则最不同的地方,算法的优化也关键在这里。
伪码表达:
procere tabu search;
begin
initialize a string vc at random,clear up the tabu list;
cur:=vc;
repeat
select a new string vn in the neighborhood of vc;
if va>best_to_far then {va is a string in the tabu list}
begin
cur:=va;
let va take place of the oldest string in the tabu list;
best_to_far:=va;
end else
begin
cur:=vn;
let vn take place of the oldest string in the tabu list;
end;
until (termination-condition);
end;
以上程序中有关键的几点:
(1)禁忌对象:可以选取当前的值(cur)作为禁忌对象放进tabu list,也可以把和当然值在同一“等高线”上的都放进tabu list。
(2)为了降低计算量,禁忌长度和禁忌表的集合不宜太大,但是禁忌长度太小容易循环搜索,禁忌表太小容易陷入“局部极优解”。
(3)上述程序段中对best_to_far的操作是直接赋值为最优的“解禁候选解”,但是有时候会出现没有大于best_to_far的,候选解也全部被禁的“死锁”状态,这个时候,就应该对候选解中最佳的进行解禁,以能够继续下去。
(4)终止准则:和模拟退火,遗传算法差不多,常用的有:给定一个迭代步数;设定与估计的最优解的距离小于某个范围时,就终止搜索;当与最优解的距离连续若干步保持不变时,终止搜索;
禁忌搜索是对人类思维过程本身的一种模拟,它通过对一些局部最优解的禁忌(也可以说是记忆)达到接纳一部分较差解,从而跳出局部搜索的目的。 人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)
神经网络从名字就知道是对人脑的模拟。它的神经元结构,它的构成与作用方式都是在模仿人脑,但是也仅仅是粗糙的模仿,远没有达到完美的地步。和冯·诺依曼机不同,神经网络计算非数字,非精确,高度并行,并且有自学习功能。
生命科学中,神经细胞一般称作神经元,它是整个神经结构的最基本单位。每个神经细胞就像一条胳膊,其中像手掌的地方含有细胞核,称作细胞体,像手指的称作树突,是信息的输入通路,像手臂的称作轴突,是信息的输出通路;神经元之间错综复杂地连在一起,互相之间传递信号,而传递的信号可以导致神经元电位的变化,一旦电位高出一定值,就会引起神经元的激发,此神经元就会通过轴突传出电信号。
而如果要用计算机模仿生物神经,就需要人工的神经网络有三个要素:(1)形式定义人工神经元;(2)给出人工神经元的连接方式,或者说给出网络结构;(3)给出人工神经元之间信号强度的定义。
历史上第一个人工神经网络模型称作M-P模型,非常简单:
其中,表示神经元i在t时刻的状态,为1表示激发态,为0表示抑制态;是神经元i和j之间的连接强度;表示神经元i的阈值,超过这个值神经元才能激发。
这个模型是最简单的神经元模型。但是功能已经非常强大:此模型的发明人McCulloch和Pitts已经证明,不考虑速度和实现的复杂性,它可以完成当前数字计算机的任何工作。
以上这个M-P模型仅仅是一层的网络,如果从对一个平面进行分割的方面来考虑的话,M-P网络只能把一个平面分成个半平面,却不能够选取特定的一部分。而解决的办法就是“多层前向网路”。
为了让这种网络有合适的权值,必须给网络一定的激励,让它自己学习,调整。一种方法称作“向后传播算法(Back Propagation,BP)”,其基本思想是考察最后输出解和理想解的差异,调整权值,并把这种调整从输出层开始向后推演,经过中间层,达到输入层。
可见,神经网络是通过学习来达到解决问题的目的,学习没有改变单个神经元的结构和工作方式,单个神经元的特性和要解决的问题之间也没有直接联系,这里学习的作用是根据神经元之间激励与抑制的关系,改变它们的作用强度。学习样本中的任何样品的信息都包含在网络的每个权值之中。
BP算法中有考察输出解和理想解差异的过程,假设差距为w,则调整权值的目的就是为了使得w最小化。这就又包含了前文所说的“最小值”问题。一般的BP算法采用的是局部搜索,比如最速下降法,牛顿法等,当然如果想要得到全局最优解,可以采用模拟退火,遗传算法等。当前向网络采用模拟退火算法作为学习方法的时候,一般成为“波尔兹曼网络”,属于随机性神经网络。
在学习BP算法学习的过程中,需要已经有一部分确定的值作为理想输出,这就好像中学生在学习的时候,有老师的监督。如果没有了监督,人工神经网络该怎么学习?
就像没有了宏观调控,自由的市场引入了竞争一样,有一种学习方法称作“无监督有竞争的学习”。在输入神经元i的若干个神经元之间开展竞争,竞争之后,只有一个神经元为1,其他均为0,而对于失败的神经元,调整使得向对竞争有利的方向移动,则最终也可能在一次竞争中胜利;
人工神经网络还有反馈网络如Hopfield网络,它的神经元的信号传递方向是双向的,并且引入一个能量函数,通过神经元之间不断地相互影响,能量函数值不断下降,最后能给出一个能量比较低的解。这个思想和模拟退火差不多。
人工神经网络应用到算法上时,其正确率和速度与软件的实现联系不大,关键的是它自身的不断学习。这种思想已经和冯·诺依曼模型很不一样。 粒子群优化算法(PSO)是一种进化计算技术(evolutionary computation),1995 年由Eberhart 博士和kennedy 博士提出,源于对鸟群捕食的行为研究 。该算法最初是受到飞鸟集群活动的规律性启发,进而利用群体智能建立的一个简化模型。粒子群算法在对动物集群活动行为观察基础上,利用群体中的个体对信息的共享使整个群体的运动在问题求解空间中产生从无序到有序的演化过程,从而获得最优解。
PSO同遗传算法类似,是一种基于迭代的优化算法。系统初始化为一组随机解,通过迭代搜寻最优值。但是它没有遗传算法用的交叉(crossover)以及变异(mutation),而是粒子在解空间追随最优的粒子进行搜索。同遗传算法比较,PSO的优势在于简单容易实现并且没有许多参数需要调整。目前已广泛应用于函数优化,神经网络训练,模糊系统控制以及其他遗传算法的应用领域。
PSO模拟鸟群的捕食行为。设想这样一个场景:一群鸟在随机搜索食物。在这个区域里只有一块食物。所有的鸟都不知道食物在那里。但是他们知道当前的位置离食物还有多远。那么找到食物的最优策略是什么呢。最简单有效的就是搜寻目前离食物最近的鸟的周围区域。
PSO从这种模型中得到启示并用于解决优化问题。PSO中,每个优化问题的解都是搜索空间中的一只鸟。我们称之为“粒子”。所有的粒子都有一个由被优化的函数决定的适应值(fitness value),每个粒子还有一个速度决定他们飞翔的方向和距离。然后粒子们就追随当前的最优粒子在解空间中搜索。
PSO 初始化为一群随机粒子(随机解)。然后通过迭代找到最优解。在每一次迭代中,粒子通过跟踪两个极值来更新自己。第一个就是粒子本身所找到的最优解,这个解叫做个体极值pBest。另一个极值是整个种群目前找到的最优解,这个极值是全局极值gBest。另外也可以不用整个种群而只是用其中一部分作为粒子的邻居,那么在所有邻居中的极值就是局部极值。 模拟退火,遗传算法,禁忌搜索,神经网络在解决全局最优解的问题上有着独到的优点,并且,它们有一个共同的特点:都是模拟了自然过程。模拟退火思路源于物理学中固体物质的退火过程,遗传算法借鉴了自然界优胜劣汰的进化思想,禁忌搜索模拟了人类有记忆过程的智力过程,神经网络更是直接模拟了人脑。
它们之间的联系也非常紧密,比如模拟退火和遗传算法为神经网络提供更优良的学习算法提供了思路。把它们有机地综合在一起,取长补短,性能将更加优良。
这几种智能算法有别于一般的按照图灵机进行精确计算的程序,尤其是人工神经网络,是对计算机模型的一种新的诠释,跳出了冯·诺依曼机的圈子,按照这种思想来设计的计算机有着广阔的发展前景
3. 排序算法的分类
排序(Sorting) 是计算机程序设计中的一种重要操作,它的功能是将一个数据元素(或记录)的任意序列,重新排列成一个关键字有序的序列。
稳定度(稳定性)
一个排序算法是稳定的,就是当有两个相等记录的关键字R和S,且在原本的列表中R出现在S之前,在排序过的列表中R也将会是在S之前。
当相等的元素是无法分辨的,比如像是整数,稳定度并不是一个问题。然而,假设以下的数对将要以他们的第一个数字来排序。
(4,1)(3,1)(3,7)(5,6)在这个状况下,有可能产生两种不同的结果,一个是依照相等的键值维持相对的次序,而另外一个则没有:
(3,1)(3,7)(4,1)(5,6) (维持次序)
(3,7)(3,1)(4,1)(5,6) (次序被改变)
不稳定排序算法可能会在相等的键值中改变纪录的相对次序,但是稳定排序算法从来不会如此。不稳定排序算法可以被特别地实现为稳定。作这件事情的一个方式是人工扩充键值的比较,如此在其他方面相同键值的两个对象间之比较,就会被决定使用在原先数据次序中的条目,当作一个同分决赛。然而,要记住这种次序通常牵涉到额外的空间负担。
在计算机科学所使用的排序算法通常被分类为:
(a)计算的复杂度(最差、平均、和最好性能),依据列表(list)的大小(n)。
一般而言,好的性能是 O(nlogn),且坏的性能是 O(n^2)。对于一个排序理想的性能是 O(n)。
而仅使用一个抽象关键比较运算的排序算法总平均上总是至少需要 O(nlogn)。
(b)存储器使用量(空间复杂度)(以及其他电脑资源的使用)
(c)稳定度:稳定的排序算法会依照相等的关键(换言之就是值)维持纪录的相对次序。
(d)一般的方法:插入、交换、选择、合并等等。交换排序包含冒泡排序和快速排序。插入排序包含希尔排序,选择排序包括堆排序等。
4. 算法分类
这种算法就是D枚举算法呀。
5. 分类算法是什么
分类算法是在数学和计算机科学之中,算法为一个计算的具体步骤,常用于计算、数据处理和自动推理。
精确而言,算法是一个表示为有限长列表的有效方法。算法应包含清晰定义的指令用于计算函数,算法分类可以根据算法设计原理、算法的具体应用和其他一些特性进行分类。
具体意义:
如果一个算法有缺陷,或不适合于某个问题,执行这个算法将不会解决这个问题。不同的算法可能用不同的时间、空间或效率来完成同样的任务。一个算法的优劣可以用空间复杂度与时间复杂度来衡量。
算法中的指令描述的是一个计算,当其运行时能从一个初始状态和(可能为空的)初始输入开始,经过一系列有限而清晰定义的状态,最终产生输出并停止于一个终态。一个状态到另一个状态的转移不一定是确定的。随机化算法在内的一些算法,包含了一些随机输入。
6. 什么是分类算法
分类(Categorization or Classification)就是按照某种标准给对象贴标签(label),再根据标签来区分归类。
分类是事先定义好类别 ,类别数不变 。分类器需要由人工标注的分类训练语料训练得到,属于有指导学习范畴。
最常用的分类算法就是贝叶斯分类算法,(贝叶斯分类器)
用到的知识就是概率的东西
谢谢采纳
7. 常见的分类算法有哪些
决策树 贝叶斯 人工神经网络 k-近邻 支持向量机 基于关联规则的分类 集成学习
8. 算法有哪些分类
算法分类编辑算法可大致分为:
基本算法、数据结构的算法、数论与代数算法、计算几何的算法、图论的算法、动态规划以及数值分析、加密算法、排序算法、检索算法、随机化算法、并行算法,厄米变形模型,随机森林算法。
9. 算法有什么分类
算法可大致分为基本算法、数据结构的算法、数论与代数算法、计算几何的算法、图论的算法、动态规划以及数值分析、加密算法、排序算法、检索算法、随机化算法、并行算法,厄米变形模型,随机森林算法。
算法可以宏泛的分为三类:
一、有限的,确定性算法 这类算法在有限的一段时间内终止。他们可能要花很长时间来执行指定的任务,但仍将在一定的时间内终止。这类算法得出的结果常取决于输入值。
二、有限的,非确定算法 这类算法在有限的时间内终止。然而,对于一个(或一些)给定的数值,算法的结果并不是唯一的或确定的。
三、无限的算法 是那些由于没有定义终止定义条件,或定义的条件无法由输入的数据满足而不终止运行的算法。通常,无限算法的产生是由于未能确定的定义终止条件。
(9)算法分类扩展阅读:
算法(Algorithm)是指解题方案的准确而完整的描述,是一系列解决问题的清晰指令,算法代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制。也就是说,能够对一定规范的输入,在有限时间内获得所要求的输出。如果一个算法有缺陷,或不适合于某个问题,执行这个算法将不会解决这个问题。不同的算法可能用不同的时间、空间或效率来完成同样的任务。一个算法的优劣可以用空间复杂度与时间复杂度来衡量。
算法中的指令描述的是一个计算,当其运行时能从一个初始状态和(可能为空的)初始输入开始,经过一系列有限而清晰定义的状态,最终产生输出并停止于一个终态。一个状态到另一个状态的转移不一定是确定的。随机化算法在内的一些算法,包含了一些随机输入。
形式化算法的概念部分源自尝试解决希尔伯特提出的判定问题,并在其后尝试定义有效计算性或者有效方法中成形。这些尝试包括库尔特·哥德尔、Jacques Herbrand和斯蒂芬·科尔·克莱尼分别于1930年、1934年和1935年提出的递归函数,阿隆佐·邱奇于1936年提出的λ演算,1936年Emil Leon Post的Formulation 1和艾伦·图灵1937年提出的图灵机。即使在当前,依然常有直觉想法难以定义为形式化算法的情况。