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 = &parameters;};

	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。