结构力学优化算法：禁忌搜索(TS)：禁忌搜索算法在桥梁设计中的应用.pdf

结构力学优化算法：禁忌搜索(TS)：禁忌搜索算法在桥梁设

计中的应用

1绪论

1.1结构力学优化的重要性

在工程设计领域，尤其是桥梁设计中，结构力学优化扮演着至关重要的角

色。它不仅关乎结构的安全性和稳定性，还直接影响到材料的使用效率、成本

控制以及环境影响。传统的设计方法往往基于经验或保守的估算，这在一定程

度上限制了设计的创新性和经济性。而随着计算机技术的发展，结构优化算法，

如禁忌搜索算法，为工程师提供了更为精确和高效的工具，帮助他们在满足结

构性能要求的同时，实现资源的最优化配置。

1.2禁忌搜索算法简介

禁忌搜索算法（TabuSearch,TS）是一种启发式全局优化算法，由Glover在

1986年提出。它通过引入“禁忌”机制来避免搜索过程中的局部最优陷阱，从

而在复杂问题中寻找更优解。TS算法的核心在于其记忆功能，即通过记录已访

问过的解及其邻域，避免重复搜索，同时允许在一定条件下重新访问“禁忌”

的解，以跳出局部最优。

1.2.1算法流程

1.初始化：选择一个初始解，并定义禁忌列表的长度和初始禁忌期

限。

2.邻域搜索：在当前解的邻域内寻找最优解，如果该解不在禁忌列

表中，则接受为新的当前解。

3.禁忌更新：将接受的解加入禁忌列表，并更新禁忌期限。

4.终止条件：当满足预设的终止条件（如迭代次数、解的质量等）

时，算法停止。

1.2.2禁忌机制

禁忌机制是TS算法的关键，它通过设置“禁忌”来避免算法陷入循环或局

部最优。禁忌列表中记录了最近被访问过的解，这些解在一定期限内不能被再

次选择，从而迫使算法探索新的解空间。同时，为了防止算法过早收敛，TS算

法还允许在某些条件下重新访问“禁忌”解，这被称为“aspirationcriterion”。

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1.2.3代码示例

虽然本教程不深入代码实现，但以下是一个简化版的禁忌搜索算法伪代码

示例，用于说明其基本流程：

#简化版禁忌搜索算法伪代码

deftabu_search(initial_solution,max_iterations,tabu_tenure):

current_solution=initial_solution

best_solution=current_solution

tabu_list=[]

for_inrange(max_iterations):

#邻域搜索

neighbors=generate_neighbors(current_solution)

next_solution=None

best_neighbor=None

forneighborinneighbors:

ifneighbornotintabu_listand(next_solutionisNoneorevaluate(neighbor)evaluate(ne

xt_solution)):

next_solution=neighbor

ifevaluate(neighbor)evaluate(best_solution):

best_solution=neighbor

#禁忌更新

tabu_list.append(next_solution)

iflen(tabu_list)tabu_tenure:

tabu_list.pop(0)

current_solution=next_solution

returnbest_solution

#生成邻域解

defgenerate_neighbors(solution):

#实现细节取决于具体问题

pass

#评估解的质量

defevaluate(solution):

#实现细节取决于具体问题

pass

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1.2.4应用于桥梁设计

在桥梁设计中，TS算法可以用于优化结构的几何形状、材料选择、荷载分

布等