代码 | 自适应大邻域搜索系列之(7) - 局部搜索LocalSearch的代码解析
前言
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。
class ILocalSearch
{
public:
//! Perform a local search on the solution.
//! \return true if the solution is improved.
virtual bool performLocalSearch(ISolution& sol)=0;
//! \return the name of the local search operator.
virtual std::string getName()=0;
};
03 ILocalSearchManager
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。
class ILocalSearchManager
{
public:
//! \param sol the solution to be improved.
//! \param status the status of the alns iteration.
//! \return true if the solution has been improved.
virtual bool useLocalSearch(ISolution& sol, ALNS_Iteration_Status& status)=0;
//! Indicate that the optimization process starts.
virtual void startSignal()=0;
};
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。
class SimpleLocalSearchManager: public ILocalSearchManager {
public:
SimpleLocalSearchManager(ALNS_Parameters& parameters){param = ¶meters;};
virtual ~SimpleLocalSearchManager(){};
//! \param sol the solution to be improved.
//! \param status the status of the alns iteration.
//! \return true if the solution has been improved.
virtual bool useLocalSearch(ISolution& sol, ALNS_Iteration_Status& status);
//! Add a local search operator to the manager.
void addLocalSearchOperator(ILocalSearch& ls);
virtual void startSignal(){};
private:
//! A vector containing the local search operators managed by the current instance.
std::vector<ILocalSearch*> localSearchOperators;
//! Parameters of the ALNS.
ALNS_Parameters* param;
};
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~
bool SimpleLocalSearchManager::useLocalSearch(ISolution& sol, ALNS_Iteration_Status& status)
{
if(status.getNewBestSolution()!=ALNS_Iteration_Status::TRUE
|| status.getAcceptedAsCurrentSolution()!=ALNS_Iteration_Status::UNKNOWN)
{
return false;
}
else
{
status.setLocalSearchUsed(ALNS_Iteration_Status::TRUE);
bool improvement;
do
{
improvement = false;
for(size_t i = 0; i < localSearchOperators.size(); i++)
{
improvement = localSearchOperators[i]->performLocalSearch(sol)||improvement;
}
}while(improvement);
if(improvement)
{
status.setImproveByLocalSearch(ALNS_Iteration_Status::TRUE);
return true;
}
else
{
status.setImproveByLocalSearch(ALNS_Iteration_Status::FALSE);
return false;
}
}
}
void SimpleLocalSearchManager::addLocalSearchOperator(ILocalSearch& ls)
{
//TODO find out why the set.find() == set.end() does not work.
bool ok = true;
for(size_t i=0; i< param->getForbidenLsOperators().size() && ok; i++)
{
if(param->getForbidenLsOperators()[i] == ls.getName())
{
std::cout << "NO " << ls.getName() << std::endl;
ok = false;
}
}
if(ok)
{
localSearchOperators.push_back(&ls);
}
}
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。
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