Эвристические алгоритмы
Эвристический алгоритм (эвристика) — алгоритм решения задачи, включающий практический метод, не являющийся гарантированно точным или оптимальным, но достаточный для решения поставленной задачи. Позволяет ускорить решение задачи в тех случаях, когда точное решение не может быть найдено.
Определение
Эвристический алгоритм — это алгоритм решения задачи, правильность которого для всех возможных случаев не доказана, но про который известно, что он даёт достаточно хорошее решение в большинстве случаев. В действительности может быть даже известно (то есть доказано), что эвристический алгоритм формально неверен. Его всё равно можно применять, если при этом он даёт неверный результат только в отдельных, достаточно редких и хорошо выделяемых случаях или же даёт неточный, но всё же приемлемый результат.
Проще говоря, эвристика — это не полностью математически обоснованный (или даже «не совсем корректный»), но при этом практически полезный алгоритм.
Важно понимать, что эвристика, в отличие от корректного алгоритма решения задачи, обладает следующими особенностями:
- Она не гарантирует нахождение лучшего решения;
- Она не гарантирует нахождение решения, даже если оно заведомо существует (возможен «пропуск цели»);
- Она может дать неверное решение в некоторых случаях.
Применение
Эвристические алгоритмы широко применяются для решения задач высокой вычислительной сложности, то есть вместо полного перебора вариантов, занимающего существенное время, а иногда технически невозможного, применяется значительно более быстрый, но недостаточно теоретически обоснованный алгоритм. В областях искусственного интеллекта, таких как распознавание образов, эвристические алгоритмы широко применяются также и по причине отсутствия общего решения поставленной задачи. Различные эвристические подходы применяются в антивирусных программах, компьютерных играх и т. д. Например, программы, играющие в шахматы, проводят середину игры, основываясь, преимущественно, на эвристических алгоритмах (в дебюте может использоваться база данных, в эндшпиле — таблицы Налимова, но в миттельшпиле часто количество возможных ходов исключает полный перебор, а точных алгоритмов правильной игры долгое время не существовало).
По утверждению Джуды Перла, эвристические методы основаны на интеллектуальном поиске стратегий компьютерного решения проблемы с использованием нескольких альтернативных подходов.
Возможность (допустимость) использования эвристик для решения каждой конкретной задачи определяется соотношением затрат на решение задачи точным и эвристическим методами, ценой ошибки и статистическими параметрами эвристики. Кроме того, важным является наличие или отсутствие на выходе «фильтра здравого смысла» — оценки результата человеком.
Пример оценки эвристического решения
Рассмотрим абстрактный пример. Допустим, что имеется известный, но чрезвычайно сложный точный алгоритм решения задачи, и эвристика, которая требует в 1000 раз меньше затрат и чаще всего даёт приемлемое решение (пусть в 95 % случаев). Для простоты примем, что цена точного решения постоянна, как и цена ошибки.
Тогда в среднем решение эвристическим методом будет стоить 
, где T — цена точного решения, а E — цена ошибки. Средняя разница в цене решения точным и эвристическим методом 
, то есть эвристика в среднем оказывается выгоднее точного решения, если только цена ошибки не превышает двадцатикратную (!) цену точного решения.
Если же на выходе результат решения критически оценивается человеком, то ситуация становится ещё лучше: когда ошибка, выданная эвристикой, оказывается слишком мала, чтобы человек её заметил, цена этой ошибки обычно гораздо ниже, а серьёзные ошибки будут отсеяны «фильтром здравого смысла», следовательно, не нанесут существенного вреда.
См. также
Примечания
- Pearl, Judea. Heuristics (неопр.). — Addison-Wesley Pub, 1984. — ISBN 0201055945.
Литература
- С. Гудман. Введение в разработку и анализ алгоритмов / С. Гудман, С. Хидетниеми. — М. : Мир, 1981.
- Д. Д. Ульман. Структуры данных и алгоритмы / А. В. Ахо, Д. Э. Хопкрофт, Д. Д. Ульман. — М. : Вильямс ; СПб. ; Киев, 2001.
Для улучшения этой статьи желательно: |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Эвристические алгоритмы, Что такое Эвристические алгоритмы? Что означает Эвристические алгоритмы?
Evristicheskij algoritm evristika algoritm resheniya zadachi vklyuchayushij prakticheskij metod ne yavlyayushijsya garantirovanno tochnym ili optimalnym no dostatochnyj dlya resheniya postavlennoj zadachi Pozvolyaet uskorit reshenie zadachi v teh sluchayah kogda tochnoe reshenie ne mozhet byt najdeno OpredelenieEvristicheskij algoritm eto algoritm resheniya zadachi pravilnost kotorogo dlya vseh vozmozhnyh sluchaev ne dokazana no pro kotoryj izvestno chto on dayot dostatochno horoshee reshenie v bolshinstve sluchaev V dejstvitelnosti mozhet byt dazhe izvestno to est dokazano chto evristicheskij algoritm formalno neveren Ego vsyo ravno mozhno primenyat esli pri etom on dayot nevernyj rezultat tolko v otdelnyh dostatochno redkih i horosho vydelyaemyh sluchayah ili zhe dayot netochnyj no vsyo zhe priemlemyj rezultat Proshe govorya evristika eto ne polnostyu matematicheski obosnovannyj ili dazhe ne sovsem korrektnyj no pri etom prakticheski poleznyj algoritm Vazhno ponimat chto evristika v otlichie ot korrektnogo algoritma resheniya zadachi obladaet sleduyushimi osobennostyami Ona ne garantiruet nahozhdenie luchshego resheniya Ona ne garantiruet nahozhdenie resheniya dazhe esli ono zavedomo sushestvuet vozmozhen propusk celi Ona mozhet dat nevernoe reshenie v nekotoryh sluchayah PrimenenieEvristicheskie algoritmy shiroko primenyayutsya dlya resheniya zadach vysokoj vychislitelnoj slozhnosti to est vmesto polnogo perebora variantov zanimayushego sushestvennoe vremya a inogda tehnicheski nevozmozhnogo primenyaetsya znachitelno bolee bystryj no nedostatochno teoreticheski obosnovannyj algoritm V oblastyah iskusstvennogo intellekta takih kak raspoznavanie obrazov evristicheskie algoritmy shiroko primenyayutsya takzhe i po prichine otsutstviya obshego resheniya postavlennoj zadachi Razlichnye evristicheskie podhody primenyayutsya v antivirusnyh programmah kompyuternyh igrah i t d Naprimer programmy igrayushie v shahmaty provodyat seredinu igry osnovyvayas preimushestvenno na evristicheskih algoritmah v debyute mozhet ispolzovatsya baza dannyh v endshpile tablicy Nalimova no v mittelshpile chasto kolichestvo vozmozhnyh hodov isklyuchaet polnyj perebor a tochnyh algoritmov pravilnoj igry dolgoe vremya ne sushestvovalo Po utverzhdeniyu Dzhudy Perla evristicheskie metody osnovany na intellektualnom poiske strategij kompyuternogo resheniya problemy s ispolzovaniem neskolkih alternativnyh podhodov Vozmozhnost dopustimost ispolzovaniya evristik dlya resheniya kazhdoj konkretnoj zadachi opredelyaetsya sootnosheniem zatrat na reshenie zadachi tochnym i evristicheskim metodami cenoj oshibki i statisticheskimi parametrami evristiki Krome togo vazhnym yavlyaetsya nalichie ili otsutstvie na vyhode filtra zdravogo smysla ocenki rezultata chelovekom Primer ocenki evristicheskogo resheniyaRassmotrim abstraktnyj primer Dopustim chto imeetsya izvestnyj no chrezvychajno slozhnyj tochnyj algoritm resheniya zadachi i evristika kotoraya trebuet v 1000 raz menshe zatrat i chashe vsego dayot priemlemoe reshenie pust v 95 sluchaev Dlya prostoty primem chto cena tochnogo resheniya postoyanna kak i cena oshibki Togda v srednem reshenie evristicheskim metodom budet stoit T 1000 0 05 E displaystyle T 1000 0 05 E gde T cena tochnogo resheniya a E cena oshibki Srednyaya raznica v cene resheniya tochnym i evristicheskim metodom T T 1000 0 05 E 19 98 T E 20 0 999 T E 20 displaystyle T T 1000 0 05 E 19 98 T E 20 0 999 T E 20 to est evristika v srednem okazyvaetsya vygodnee tochnogo resheniya esli tolko cena oshibki ne prevyshaet dvadcatikratnuyu cenu tochnogo resheniya Esli zhe na vyhode rezultat resheniya kriticheski ocenivaetsya chelovekom to situaciya stanovitsya eshyo luchshe kogda oshibka vydannaya evristikoj okazyvaetsya slishkom mala chtoby chelovek eyo zametil cena etoj oshibki obychno gorazdo nizhe a seryoznye oshibki budut otseyany filtrom zdravogo smysla sledovatelno ne nanesut sushestvennogo vreda Sm takzheEvristika Evristicheskoe obuchenie Evristicheskoe skanirovaniePrimechaniyaPearl Judea Heuristics neopr Addison Wesley Pub 1984 ISBN 0201055945 LiteraturaS Gudman Vvedenie v razrabotku i analiz algoritmov S Gudman S Hidetniemi M Mir 1981 D D Ulman Struktury dannyh i algoritmy A V Aho D E Hopkroft D D Ulman M Vilyams SPb Kiev 2001 Dlya uluchsheniya etoj stati zhelatelno Oformit spisok literatury Pozhalujsta posle ispravleniya problemy isklyuchite eyo iz spiska parametrov Posle ustraneniya vseh nedostatkov etot shablon mozhet byt udalyon lyubym uchastnikom
