有界次优搜索的目标是找到一个代价不超过最优解 $w$ 倍的解,同时尽可能减少搜索工作量。焦点搜索(Focal Search, FS)在满足阈值 $w f_{\min}$ 的前沿节点集合 FOCAL 中使用启发式引导,但其确定性策略往往导致 $f_{\min}$ 在多次扩展中保持不变,从而限制了 FOCAL 的扩张。
我们提出 概率焦点搜索(Probabilistic Focal Search, PFS):以概率 $p$ 采用 FS 的引导选择,以概率 $1-p$ 扩展 OPEN 中的最小 $f$ 节点。后者的作用是推动下界 $f_{\min}$ 前进,使 FOCAL 规模增大,进而允许更多可能通向可行解的节点进入 FOCAL。通过在引导与下界推进之间取得平衡,PFS 能在 FOCAL 入选受阻时显著缩短获得有界解的时间。
作为二次实验,我们将相同的调度器移植到 动态潜力搜索(Dynamic Potential Search),得到 概率动态潜力搜索(Probabilistic Dynamic Potential Search, PDPS)。我们在 N‑Puzzle、煎饼排序和旅行商问题(TSP)上对 PFS 与传统 FS 进行基准测试,并在广义覆盖 TSP(GCTSP)上评估其 anytime 变体。实验使用多组 $w$ 与 $p$ 参数。
结果表明:当 $f_{\min}$ 长时间停滞导致 FOCAL 入选受阻时,PFS 的收益最大;在这些情形下,节点扩展数可降低约 90% 以上(如 N‑Puzzle 与 TSP)。在 anytime 系列中,Anytime Probabilistic Focal Search (APFS) 在 GCTSP 上的表现优于所有对比算法。相反,在 Pancake Sorting 等 deterministic 搜索已经能够快速推进下界的任务中,概率因子的提升有限,说明其价值主要体现在 FOCAL 入选成为瓶颈的场景。PDPS 的实验结果显示该机制同样可以迁移到潜力引导的搜索,但其效果仍受具体领域和界限设置的影响。
点评:概率焦点搜索通过在确定性引导和下界推进之间引入随机调度,有效缓解了 FOCAL 入选的瓶颈,在多数基准上实现了显著的搜索效率提升,尤其适用于 $f_{\min}$ 易出现长平台期的问题。