代码 | 自适应大邻域搜索系列之(7) - 局部搜索LocalSearch的代码解析

写在前面

 

好了小伙伴们我们又见面了，咳咳没错还是我。

 

不知道你萌接连被

代码 | 自适应大邻域搜索系列之(2) - ALNS算法主逻辑结构解析

代码 | 自适应大邻域搜索系列之(3) - Destroy和Repair方法代码实现解析

代码 | 自适应大邻域搜索系列之(4) - Solution定义和管理的代码实现解析

代码 | 自适应大邻域搜索系列之(5) - ALNS_Iteration_Status和ALNS_Parameters的代码解析

代码 | 自适应大邻域搜索系列之(6) - 判断接受准则SimulatedAnnealing的代码解析

这么多篇代码文章刷屏是什么感受，不过，酸爽归酸爽。

 

今天咱们依然讲代码哈~不过今天讲的依然很简单，关于局部搜索LocalSearch的代码。

 

 

01 总体概述

 

 

其实，LocalSearch在本算法中不是必须使用的，用户可以根据需要来选择是否启用这个功能。但是一般情况下，有了LocalSearch以后效果会好一点。

 

而且本着服务读者的态度（我可以不用，但是小编你不能不讲），就讲讲这个模块吧。和之前讲的几个模块差不多，具体代码也是分成两个部分进行实现的：

 

• LocalSearch的定义

• LocalSearch的管理

 

LocalSearch的定义用了一个很简单的抽象类ILocalSearch用来提供接口的、而LocalSearch的管理用了ILocalSearchManager、SimpleLocalSearchManager两个类。

 

其中ILocalSearchManager也是抽象类，而SimpleLocalSearchManager则是继承于ILocalSearchManager并实现了相应的接口。下面对他们进行一一讲解。

 

 

02 ILocalSearch

 

 

其实这个类只提供了两个纯虚函数作为接口，也是简单得不能再简单了。

performLocalSearch用以执行一次LocalSearch操作。

getName返回该LocalSearch的名字。

 

 1class ILocalSearch
 2{
 3public:
 4    //! Perform a local search on the solution.
 5    //! \return true if the solution is improved.
 6    virtual bool performLocalSearch(ISolution& sol)=0;
 7
 8    //! \return the name of the local search operator.
 9    virtual std::string getName()=0;
10};

 

 

03 ILocalSearchManager

 

 

照例，其中ILocalSearchManager和SimpleLocalSearchManager的关系如下：

 

 

这个抽象类也非常简单，只有两个接口。

 

useLocalSearch用以判断是否要使用LocalSearch，而startSignal开始信号，在启动整个算法的时候起到协调作用。

 

 1class ILocalSearchManager
 2{
 3public:
 4
 5    //! \param sol the solution to be improved.
 6    //! \param status the status of the alns iteration.
 7    //! \return true if the solution has been improved.
 8    virtual bool useLocalSearch(ISolution& sol, ALNS_Iteration_Status& status)=0;
 9
10    //! Indicate that the optimization process starts.
11    virtual void startSignal()=0;
12};

 

 

04 SimpleLocalSearchManager

 

 

SimpleLocalSearchManager对LocalSearch进行了一定的扩充，加入了addLocalSearchOperator的操作，用以添加LocalSearch。

 

值得注意的是，该LocalSearchManager管理的可以是多个LocalSearch。

 

 1class SimpleLocalSearchManager: public ILocalSearchManager {
 2public:
 3
 4    SimpleLocalSearchManager(ALNS_Parameters& parameters){param = &parameters;};
 5
 6    virtual ~SimpleLocalSearchManager(){};
 7
 8    //! \param sol the solution to be improved.
 9    //! \param status the status of the alns iteration.
10    //! \return true if the solution has been improved.
11    virtual bool useLocalSearch(ISolution& sol, ALNS_Iteration_Status& status);
12
13    //! Add a local search operator to the manager.
14    void addLocalSearchOperator(ILocalSearch& ls);
15
16
17    virtual void startSignal(){};
18private:
19    //! A vector containing the local search operators managed by the current instance.
20    std::vector<ILocalSearch*> localSearchOperators;
21
22    //! Parameters of the ALNS.
23    ALNS_Parameters* param;
24};

useLocalSearch和addLocalSearchOperator具体实现代码如下，相信对迭代搜索了解的同学，对下面的过程那是熟悉得不能再熟悉了。

特别是improvement 变量的复位操作（如果有改进，那么接着搜索下去，直到最大迭代次数为止，如果没有改进就不搜索了。）addLocalSearchOperator就不需要讲解了吧~

 1bool SimpleLocalSearchManager::useLocalSearch(ISolution& sol, ALNS_Iteration_Status& status)
 2{
 3    if(status.getNewBestSolution()!=ALNS_Iteration_Status::TRUE
 4        || status.getAcceptedAsCurrentSolution()!=ALNS_Iteration_Status::UNKNOWN)
 5    {
 6        return false;
 7    }
 8    else
 9    {
10        status.setLocalSearchUsed(ALNS_Iteration_Status::TRUE);
11        bool improvement;
12        do
13        {
14            improvement = false;
15            for(size_t i = 0; i < localSearchOperators.size(); i++)
16            {
17                improvement = localSearchOperators[i]->performLocalSearch(sol)||improvement;
18            }
19        }while(improvement);
20        if(improvement)
21        {
22            status.setImproveByLocalSearch(ALNS_Iteration_Status::TRUE);
23            return true;
24        }
25        else
26        {
27            status.setImproveByLocalSearch(ALNS_Iteration_Status::FALSE);
28            return false;
29        }
30    }
31}
32
33void SimpleLocalSearchManager::addLocalSearchOperator(ILocalSearch& ls)
34{
35    //TODO find out why the set.find() == set.end() does not work.
36    bool ok = true;
37    for(size_t i=0; i< param->getForbidenLsOperators().size() && ok; i++)
38    {
39        if(param->getForbidenLsOperators()[i] == ls.getName())
40        {
41            std::cout << "NO " << ls.getName() << std::endl;
42            ok = false;
43        }
44    }
45    if(ok)
46    {
47        localSearchOperators.push_back(&ls);
48    }
49
50}

 

05 小结

 

 

差不多到此整个ALNS框架已经讲得差不多了，相信大家在看了这么多代码以后，心里早已经有了一个数了。

 

下面几篇推文将为大家展现一个实例，怎么在该框架的基础上定制自己的代码求解相应的问题。为了演示，还是给大家实例一个TSP问题的求解过程哈。谢谢！

 

最后做个小小说明：整个系列所有的代码在 代码 | 自适应大邻域搜索系列之(1) - 使用ALNS代码框架求解TSP问题 这篇文章中都能找到代码文件。

 

 

标签：status,代码,Iteration,SimpleLocalSearchManager,搜索,LocalSearch,ALNS
来源： https://blog.51cto.com/u_14328065/2919531