动态规划-图论
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信息学奥赛全部内容知识信息学奥赛作为一项具有挑战性和创造性的竞赛,考察的是选手在计算机科学领域的综合能力。
参与者需要掌握广泛的知识,包括算法、数据结构、编程语言等等。
本文将详细介绍信息学奥赛的全部内容知识。
一、算法与数据结构算法与数据结构是信息学奥赛中最重要的考察内容之一。
算法是解决具体问题的步骤和方法,而数据结构是组织和存储数据的方式。
选手需要熟悉各种经典算法,如排序算法、查找算法、图算法等,同时掌握常见的数据结构,如数组、链表、栈、队列、树等。
在实际比赛中,能够选择合适的算法和数据结构对解决问题至关重要。
二、编程语言信息学奥赛的编程语言没有特定限制,但大多数选手使用的是C++或Java。
选手需要深入理解所使用的编程语言,包括语法、特性和库函数等。
熟练掌握编程语言可以提高代码编写效率,减少错误的产生。
在比赛中,选手需要根据题目要求,合理选择编程语言的特性和库函数,以实现高效的解题算法。
三、图论图论是信息学奥赛中常见的题目类型之一。
选手需要掌握图的基本概念和常用算法。
了解图的遍历、最短路径、最小生成树等基本算法,并能够根据图的特性解决相关问题。
此外,选手还需了解图的表示方式,包括邻接矩阵、邻接表等,以便更好地解决图论问题。
四、动态规划动态规划是一种优化技术,常在信息学奥赛中用于解决具有重叠子问题的问题。
选手需要理解动态规划的基本原理,并能够设计状态转移方程、确定初始条件、以及最优解的选择。
熟练掌握动态规划的思想,可以在比赛中提高解题效率。
五、计算几何计算几何是信息学奥赛的一项知识点。
选手需要了解平面几何和空间几何的基本概念和常用算法。
熟悉点、线、面等几何元素的性质,并能够根据题目要求,使用几何算法解决实际问题。
六、数论数论是研究整数性质和相互关系的学科。
在信息学奥赛中,数论常常用于解决与数字有关的问题。
选手需要掌握最大公约数、最小公倍数、质数判断、素数筛法等基本概念和算法。
在解题过程中,选手还需要注意数学证明的合法性和严谨性。
floyd-warshall算法Floyd-Warshall算法是一种图论算法,用于在一个加权图中寻找全局最短路径。
这种算法也被称为费洛伊d-沃什尔算法,它是一种基于动态规划的算法。
该算法最早由著名的数学家Steven Floyd 提出,自1959年发表以来,被广泛用于解决最短路径问题。
Floyd-Warshall算法有以下三个基本步骤:1.从图中挑选一个顶点,并以它作为中介点,然后计算从该顶点出发到其他所有顶点之间最短路径。
这一步可以通过动态规划方法来实现。
2.在上一步的基础上,重复以上步骤,直到所有顶点都作为中间点被计算出最短路径。
3.最后,计算任意两点之间的最短路径,利用前两步计算出的中介点。
Floyd-Warshall算法的改进也常被用于解决复杂的图论问题,例如最近公共祖先问题,最小生成树等。
它是一种多阶段动态规划算法,可以在一定的时间内解决最短路径问题。
它比其它算法更有效,因为它可以解决大型网络,只要规模没有超出它的范围。
这种算法的迭代特性使它能够更快地找到全局最优解,不需要重新计算没有变化的路径,从而减少计算时间。
Floyd-Warshall算法在实际应用中有许多优点:1.它可以很容易地处理变化的网络,这是因为它可以不断更新网络里不断变化的路径;2.它可以解决任何规模的网络,包括大型网络;3.它总是能够求出全局最优解,而不会给出局部最优解;4.它可以节省时间,因为它可以利用之前求出的解,而不需要重复计算;5.它可以用来解决最近公共祖先,最小生成树,最长公共子串等复杂的图论问题。
虽然Floyd-Warshall算法具有优秀的性能,但也存在一些缺点。
首先,当节点数增加时,算法的执行时间会增加。
其次,它只能在加权图中发挥作用,如果图中有负权重,它可能会返回错误的结果。
此外,它也没有很好地处理环路,因为它无法判断环路的最短路径。
Floyd-Warshall算法在计算机科学和数学等多种领域都有着广泛的应用,例如通信网络,交通网络,物流,机器人控制,计算机网络,数据库管理,电子商务,分布式处理等等。
图论path的概念图论(Graph Theory)是研究图的组合结构和定量特性的数学分支学科。
在图论中,Path是指由边依次连接起来的一系列节点,这些节点间没有重复,也没有形成环的情况。
Path是图中最基本的概念之一,研究Path的性质和算法在图论中具有重要意义。
一、Path的定义和类型Path是由边依次连接起来的一系列节点,这些节点间没有重复,也没有形成环的情况,它是一条单向路线。
路径起始点和终点的节点分别被称之为起点和终点。
具体来说,Path可分为以下两种类型:1. 简单Path:简单Path是指除起点和终点外,Path上的所有其他节点都只经过一次的Path。
简单Path可以含有重复的边(两个节点之间的边可能会被反复经过),但是不允许有重复的节点。
2. 回路(Circuit):回路是指Path的起点和终点都是同一个节点的Path。
回路允许经过相同的节点或边,但是相同的边不能重复经过。
二、Path的性质Path作为图论中的基本概念之一,具有以下重要性质:1. 长度:Path的长度是指连接起点和终点之间经过的边数。
2. 相交:在同一张图上,两个不同的Path可以重叠,但是它们不能穿过彼此,也就是说两条Path不能通过完全相同的节点和边同时连接起点和终点。
3. 连通:在一个无向图中,如果两个节点之间存在一条Path,那么这两个节点就是连通的。
特别地,如果一幅无向图中,每一个节点都可以通过Path到达所有其他节点,则该图是连通的。
4. 路径的存在性:对于无向图和有向图来说,两个节点之间存在Path的充分必要条件就是它们连通,即起点和终点之间必须存在通路。
三、Path的算法Path是许多图论算法的基础,也是许多实际问题中需要解决的问题。
在图论算法中, Path算法是指通过搜索、遍历等方式寻找连接两个节点之间的Path的算法。
常用的Path算法有以下几种:1. 深度优先搜索(DFS):深度优先搜索算法是图论算法中用于遍历或搜索图形和树的一种算法。
运筹学知识点总结运筹学是一门研究如何有效决策和优化资源分配的学科,它涵盖了数学、统计学和计算机科学等多个学科的知识。
在现代社会,运筹学在各个领域都有广泛的应用,比如物流管理、生产调度、供应链优化等。
本文将介绍一些运筹学的基本概念和应用。
1. 线性规划线性规划是运筹学中最基础也是最常用的数学模型之一。
它的目标是在一组线性约束条件下,最大化或最小化线性目标函数。
线性规划可以用来解决资源分配、生产计划、投资组合等问题。
常见的线性规划算法有单纯形法和内点法。
2. 整数规划整数规划是线性规划的一种扩展形式,其中决策变量被限制为整数。
整数规划在许多实际问题中都有应用,比如货车路径优化、工人调度等。
求解整数规划问题的方法包括分支定界法和割平面法。
3. 图论图论是运筹学中的一个重要分支,它研究图的性质和图算法。
图是由节点和边组成的数学结构,可以用来表示网络、路径、流量等问题。
常见的图论算法有最短路径算法、最小生成树算法和最大流算法。
4. 排队论排队论研究的是随机到达和随机服务的系统中的排队行为。
它在交通规划、电话网络、客户服务等领域有广泛的应用。
常见的排队论模型有M/M/1队列、M/M/c队列和M/G/1队列。
排队论可以用来优化服务水平、减少等待时间等。
5. 动态规划动态规划是一种解决多阶段决策问题的方法,它将问题分解为一系列子问题,并通过递归的方式求解。
动态规划常用于求解最优化问题,比如背包问题、旅行商问题等。
它的核心思想是将问题转化为子问题的最优解,并利用子问题的最优解求解原问题。
6. 模拟优化模拟优化是一种通过模拟实验寻找最优解的方法。
它基于概率统计和随机模拟的原理,通过多次模拟实验来搜索解空间。
模拟优化常用于在实际问题的局部搜索中找到较好的解。
常见的模拟优化算法有遗传算法、蚁群算法和粒子群算法。
7. 供应链管理供应链管理是一种综合运筹学和物流管理的概念,它研究如何优化整个供应链中的流程和资源分配。
供应链管理的目标是降低成本、增加效率并提供更好的顾客服务。
NOIP提高组知识点 - Step by Step思维NOIP(全国青少年信息学奥林匹克竞赛)是中国的一项高水平的信息学竞赛,旨在选拔和培养优秀的青少年信息学人才。
NOIP提高组是竞赛的一个级别,对于参与者来说,了解和掌握一些关键的知识点是非常重要的。
本文将介绍一些NOIP提高组中的知识点,并提供一种“Step by Step思维”的方法来学习和应用这些知识点。
1. 数据结构数据结构是计算机科学中重要的基础知识之一。
在NOIP提高组中,有几种常见的数据结构需要了解和掌握,包括数组、链表、栈、队列、二叉树等。
Step by Step思维方法: - 了解每种数据结构的定义和特点; - 学习如何实现和操作这些数据结构; - 分析使用不同数据结构解决问题的优缺点; - 练习使用这些数据结构来解决一些典型问题。
2. 动态规划动态规划是解决一类具有重叠子问题和最优子结构特征的问题的有效方法。
在NOIP提高组中,动态规划是一个重要的解题技巧。
Step by Step思维方法: - 理解动态规划的基本原理和思想; - 学习如何设计和实现动态规划算法; - 熟悉一些常见的动态规划问题和解法; - 练习使用动态规划解决一些具体问题。
3. 图论图论是研究图及其性质的数学分支,也是NOIP提高组的重要内容之一。
在图论中,常见的问题包括最短路径、最小生成树、拓扑排序等。
Step by Step思维方法: - 学习图的基本概念和表示方法; - 理解图的遍历算法和最短路径算法; - 学习最小生成树和拓扑排序的相关算法; - 练习使用图论算法解决一些实际问题。
4. 字符串算法字符串算法是处理字符串相关问题的一类算法。
在NOIP提高组中,字符串算法常常用于解决一些文本处理和模式匹配的问题。
Step by Step思维方法: - 理解字符串的基本概念和操作; - 学习字符串匹配算法和字符串处理算法; - 熟悉一些常见的字符串算法和应用场景; - 练习使用字符串算法解决一些具体的问题。
C++常考算法题
在计算机科学中,算法是非常重要的一部分。
掌握常见的算法可以帮助你更好地理解计算机科学的基础知识,并提高你的编程技能。
以下是一些在C++中常考的算法题:
1. 排序算法
排序算法是一类用于对给定元素进行排序的算法。
常见的排序算法包括冒泡排序、快速排序、归并排序等。
2. 搜索算法
搜索算法是一类用于在数据结构中查找特定元素的算法。
常见的搜索算法包括二分查找、深度优先搜索、广度优先搜索等。
3. 动态规划
动态规划是一种通过将问题分解为子问题,并存储子问题的解,以避免重复计算的技术。
常见的动态规划问题包括最短路径、最长公共子序列、背包问题等。
4. 图论算法
图论算法是一类用于处理图形数据的算法。
常见的图论算法包括图的遍历、最小生成树、最短路径等。
5. 树形算法
树形算法是一类用于处理树形数据结构的算法。
常见的树形算法包括树的遍历、查找、插入等。
6. 数值计算
数值计算是一类用于处理数值数据的算法。
常见的数值计算问题包括高精度计算、矩阵运算、快速幂等。
7. 字符串处理
字符串处理是一类用于处理字符串的算法。
常见的字符串处理问题包括字符串匹配、加密解密、拼写检查等。
以上是一些常见的C++算法题,掌握它们可以帮助你更好地理解计算机科学的基础知识,提高你的编程技能。
排队问题的三种方法排队问题是一类经典的图论问题,通常涉及到在一条流水线上安排生产任务或者服务请求,使得所有任务或者请求都能够及时完成,本文将介绍三种解决排队问题的方法。
方法一:贪心算法贪心算法是一种简单的算法思想,通过每次选择最优解来得到全局最优解。
在排队问题中,贪心算法可以通过不断尝试最坏情况来得到最优解。
具体来说,我们可以从最后一个待安排的任务开始,依次将当前任务和已经安排的任务进行交换,直到任务队列为空。
这种方法能够保证所有的任务都能够及时完成,但是可能会出现任务队列为空的情况,也就是没有任务可以安排。
方法二:动态规划算法动态规划算法是一种通过构建状态转移方程来求解问题的方法,通常适用于问题的规模较大或者最优解不是唯一的情况。
在排队问题中,我们可以将任务队列看作是状态,任务等待时间和执行任务的时间看作是状态转移方程。
具体来说,我们可以从最后一个待安排的任务开始,依次计算出当前任务需要等待的时间和已经安排的任务需要执行的时间,然后将当前任务和已经安排的任务进行交换,直到任务队列为空。
这种方法可以得到最优解,但是需要计算大量的状态转移方程。
方法三:图论算法图论算法是一种通过构建图来分析问题的方法,通常适用于问题的规模较大或者最优解不是唯一的情况。
在排队问题中,我们可以将任务队列看作是一个图,任务之间的等待关系看作是边,然后通过最小生成树或者贪心算法来得到最优解。
具体来说,我们可以从最后一个待安排的任务开始,依次将当前任务和已经安排的任务进行交换,直到任务队列为空。
这种方法可以得到最优解,但是需要计算大量的边。
以上三种方法是解决排队问题的常见方法,贪心算法适用于没有最优解的情况,动态规划算法适用于有多个最优解的情况,图论算法适用于问题规模较大的情况。
此外,排队问题的拓展应用还有很多,例如排队论、排队系统、排队论模型等。
超级难的python程序题目全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:Python是一种简单易学的编程语言,但是有些Python程序题目可以被称为“超级难题”,需要深厚的编程基础和逻辑推理能力才能解决。
本文将介绍一些超级难的Python程序题目,挑战读者的编程技能和思维能力。
1. 矩阵转置给定一个n×m的矩阵,要求编写一个函数将其进行转置,即行变列,列变行。
要求只能使用一个额外的空间进行操作。
这个问题看似简单,但是要考虑到矩阵的行列数可能不相等,以及如何在不使用额外空间的情况下完成转置操作。
解决这个问题需要充分理解矩阵的存储方式以及转置操作的实现原理。
2. 二叉树的镜像这个问题考察了递归的理解和应用,要求深入理解二叉树的结构和节点操作。
要解决镜像二叉树问题需要考虑递归的终止条件和递归的过程中如何进行节点交换操作。
3. 动态规划——最长回文子序列给定一个字符串,要求编写一个函数找到它的最长回文子序列的长度。
回文子序列是指正着读和反着读都一样的序列,可以是字符串中不连续的一部分字符。
这个问题是动态规划中的经典问题,需要设计合适的状态转移方程和动态规划过程。
要解决最长回文子序列问题需要考虑如何定义状态、如何进行状态转移、如何设计合适的初始状态等问题。
4. 图论——最小生成树给定一个带权重的无向图,要求编写一个函数返回其最小生成树的权重。
最小生成树是指在原图的所有节点连通的情况下,总权重最小的生成树。
这个问题是图论中经典的问题,需要熟悉最小生成树算法(如Prim 算法、Kruskal算法)的原理和实现方式。
要解决最小生成树问题需要考虑如何按权重进行边的选择和如何保证生成树的连通性。
在解决这些超级难的Python程序题目的过程中,需要灵活运用Python的各种数据结构和算法,同时需要深入理解问题的本质和要求。
通过挑战超级难的Python程序题目,可以提升自己的编程能力和解决问题的能力,帮助自己更好地应对编程挑战和面对实际工作中的复杂问题。
数学中的图论理论及其应用图论是一门研究图形和网络的数学理论,它是数学中的一个分支,也是计算机科学中的一个重要领域。
图论的不断发展使其应用越来越广泛,尤其在计算机网络、社交网络、交通路线等方面有着广泛的应用。
一、图论的定义与性质图论中的“图”指的是一个有限的节点集合和与这些节点相关的边集合。
在图中,节点被称为顶点,边被称为边缘。
在一个无向图中,每条边连接两个节点,没有方向性;在有向图中,每条边都有一个方向,从一个节点指向另一个节点。
图所具有的一些性质,如连通性、路径、环等,可以用来研究现实世界中的许多问题。
例如,人际关系可以用图来表示,而在图中找到最短路径可以用来表示最小成本行程的问题。
二、图的表示方法图可以通过矩阵和链表两种方式进行表示。
矩阵表示法是将图中的节点和边分别用矩阵的元素表示,由于矩阵的性质,这种方法适用于表示边的权重,但对于节点的增加和删除比较麻烦。
链表表示法是将图中的节点和边分别用链表的形式表示,这种方法适用于动态改变图的结构。
三、最短路径算法最短路径算法是图论中的一个重要问题,它是计算图中两个节点之间最短路径的算法。
最短路径算法可以采用Dijkstra算法或Floyd算法进行计算。
Dijkstra算法是一种贪心算法,通过构建带权重的图来计算两个节点之间最短距离。
该算法的基本思想是从起点出发,按照距离最近的顺序找到与该节点相邻的节点,然后根据这些节点的权重更新起点到别的节点的距离,直至找到终点。
由于该算法使用优先队列来存储节点,因此对于大规模的节点数或边数较多的图,具有较好的计算效率。
Floyd算法是一种动态规划算法,通过构建带权重的图来计算两个节点之间最短距离。
该算法的基本思想是先计算任意两个节点之间的距离,然后再使用动态规划的思想,从中间节点出发更新两个节点之间的距离,直至找到终点。
由于该算法需要计算所有的两点之间的距离,因此对于较小规模的图具有优势。
四、最小生成树算法最小生成树算法是图论中另一个重要的问题,它是用来找到给定的无向联通图的一棵生成树,使得生成树中的边权和最小。
数学建模的常用模型与求解方法知识点总结数学建模是运用数学方法和技巧来研究和解决现实问题的一门学科。
它将实际问题抽象化,建立数学模型,并通过数学推理和计算求解模型,从而得出对实际问题的理解和解决方案。
本文将总结数学建模中常用的模型类型和求解方法,并介绍每种方法的应用场景。
一、线性规划模型与求解方法线性规划是数学建模中最常用的模型之一,其基本形式为:$$\begin{align*}\max \quad & c^Tx \\s.t. \quad & Ax \leq b \\& x \geq 0\end{align*}$$其中,$x$为决策变量向量,$c$为目标函数系数向量,$A$为约束系数矩阵,$b$为约束条件向量。
常用的求解方法有单纯形法、对偶单纯形法和内点法等。
二、非线性规划模型与求解方法非线性规划是一类约束条件下的非线性优化问题,其目标函数或约束条件存在非线性函数。
常见的非线性规划模型包括凸规划、二次规划和整数规划等。
求解方法有梯度法、拟牛顿法和遗传算法等。
三、动态规划模型与求解方法动态规划是一种用于解决多阶段决策问题的数学方法。
它通过将问题分解为一系列子问题,并利用子问题的最优解构造原问题的最优解。
常见的动态规划模型包括最短路径问题、背包问题和任务分配等。
求解方法有递推法、记忆化搜索和剪枝算法等。
四、图论模型与求解方法图论是研究图及其应用的一门学科,广泛应用于网络优化、城市规划和交通调度等领域。
常见的图论模型包括最小生成树、最短路径和最大流等。
求解方法有贪心算法、深度优先搜索和广度优先搜索等。
五、随机模型与概率统计方法随机模型是描述不确定性问题的数学模型,常用于风险评估和决策分析。
概率统计方法用于根据样本数据对随机模型进行参数估计和假设检验。
常见的随机模型包括马尔可夫链、蒙特卡洛模拟和马尔科夫决策过程等。
求解方法有蒙特卡洛法、马尔科夫链蒙特卡洛法和最大似然估计等。
六、模拟模型与求解方法模拟模型是通过生成一系列随机抽样数据来模拟实际问题,常用于风险评估和系统优化。
最优化计算方法
最优化计算方法是一种数学方法,用于在给定约束条件下寻找最优解。
该方法可用于解决许多实际问题,如工程设计、金融分析和生产计划。
最优化计算方法通常包括线性规划、非线性规划、整数规划、动态规划、图论和近似算法等。
线性规划是最常用的最优化计算方法之一,其基本思想是通过确定一组线性等式或不等式来最小化或最大化一个线性函数。
非线性规划则涉及非线性函数的最小化或最大化,通常需要使用迭代算法进行求解。
整数规划则限制决策变量必须是整数,这使得问题更加复杂,需要使用专门的算法进行求解。
动态规划是一种适用于有重叠子问题和最优子结构性质的问题
的优化计算方法。
它通常用于求解最长公共子序列、背包问题和最短路径等问题。
图论和近似算法也在一定程度上可以用于最优化计算方法中。
总的来说,最优化计算方法是一种非常重要的数学方法,可用于解决各种实际问题。
随着计算机技术的不断发展,最优化计算方法也在不断发展和完善。
- 1 -。
Python中的图论算法随着现代社会的发展和人们对信息的不断追求,图论算法逐渐在各个领域中得到了广泛的应用,比如社交网络分析、搜索引擎算法、路线规划、基因组分析等。
Python作为一个高效而易学的编程语言,自然也在图论算法的应用中有着重要的地位。
一、图论算法概述图论是研究图的性质及其在数学、计算机科学、物理学、化学、生物学等学科中的应用的数学学科。
图是由若干给定的点及连接两点的线所构成的图形,被称为图的顶点和边。
图中的点可以表示很多事物,如物理学的原子、计算机科学中的发布者或网页,图中的边可以表示各种各样的关系,如社交网络中的关注关系,传输网络中的链路等。
图的类型有很多种,但最常见的是无向图和有向图。
图论算法主要是针对图中重要的问题,如最小生成树、最短路径、网络流、最大流等进行研究和解决。
二、Python中常用的图论算法Python语言有很多的第三方库,提供了很多方便易用的图论算法,如NetworkX、igraph、python-graph-core等,这些库都可以很好地支持各种类型的图和算法,并具有良好的性能和可扩展性。
下面是一些Python中常用的图论算法:1.最短路径最短路径是图论中的一个常见问题,它的目标是找到两个节点之间最短的路径。
在Python中,可以使用Dijkstra算法和Bellman–Ford算法来计算最短路径。
Dijkstra算法是一种贪心算法,它从源节点开始,逐步扩展到其他节点,直到到达目标节点。
Bellman–Ford算法是一种动态规划算法,它逐步找到离源节点越来越近的节点,直到找到目标节点。
2.最小生成树最小生成树是一个重要的图论问题,它寻找连接所有点的最小代价的建树方法。
在Python中,可以使用Prim算法和Kruskal算法来计算最小生成树。
Prim算法是一种贪心算法,它从一个根节点开始,逐步构建最小生成树。
Kruskal算法也是一种贪心算法,它从最小的边开始,逐步加入树中,直到所有的节点都被包含在树中。
常用数学建模方法及实例数学建模是将实际问题转化为数学模型,通过数学方法进行求解和分析的过程。
常用的数学建模方法包括线性规划、整数规划、非线性规划、图论、动态规划等。
一、线性规划线性规划是一种用于求解线性约束下目标函数的最优值的方法。
它常用于资源分配、生产计划、供应链管理等领域。
例1:公司有两个工厂生产产品A和产品B,两种产品的生产过程需要使用原材料X和Y。
产品A和产品B的利润分别为10和8、工厂1每小时生产产品A需要1个单位的X和2个单位的Y,每小时生产产品B需要2个单位的X和1个单位的Y。
工厂2每小时生产产品A需要2个单位的X和1个单位的Y,每小时生产产品B需要1个单位的X和3个单位的Y。
公司给定了每种原材料的供应量,求使公司利润最大化的生产计划。
二、整数规划整数规划是线性规划的一种扩展,要求变量的取值为整数。
整数规划常用于离散决策问题。
例2:公司有5个项目需要投资,每个项目的投资金额和预期回报率如下表所示。
公司有100万元的投资资金,为了最大化总回报率,应该选择哪几个项目进行投资?项目投资金额(万元)预期回报率1207%2306%3409%4104%5508%三、非线性规划非线性规划是一种求解非线性目标函数下约束条件的最优值的方法。
它广泛应用于经济、金融和工程等领域。
例3:公司通过降低售价和增加广告费用来提高销售额。
已知当售价为p时,销量为q=5000-20p,广告费用为a时,销售额为s=p*q-2000a。
已知售价的范围为0≤p≤100,广告费用的范围为0≤a≤200,公司希望最大化销售额,求最优的售价和广告费用。
四、图论图论是一种用于研究图(由节点和边组成)之间关系和性质的数学方法,常用于网络分析、路径优化、社交网络等领域。
例4:求解最短路径问题。
已知一个有向图,图中每个节点表示一个城市,每条边表示两个城市之间的道路,边上的权重表示两个城市之间的距离。
求从起始城市到目标城市的最短路径。
五、动态规划动态规划是一种通过将问题划分为子问题进行求解的方法,常用于求解最优化问题。
§1动态规划模型
如图所示,给定一个线路网络,两点之间连线上的数字表示
两点间距离,试求一条从A到E的路线,使总距离为最短。
Mattlab求解:
首先利用Excel建立两个工作表edge和n分别存储图的上三
角阵和顶点数量。
其中edge=
99999 5 2 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 3 7 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 6 3 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 6 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 3 8 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 1 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 3 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 7 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999 99999
n=9,然后在Matlab调入以上数据。
同时将自编的动态规划
软件“dynamic.m”调入当前目录之中,在Matlab命令窗口
输入dynamic,回车后则在窗口显示出路径Path 和距离distance
§2 最小生成树
例1 某工厂要架设局域网联通工厂各个部门。
已知工厂有7个部门,各个部门间铺设网线的距离如上图所示,计算出铺设网线的最短距离。
Matlab 的算法:
首先,将上图的邻接矩阵存储为G ,顶点数存储为N ;即:G=
99999 50 60 99999 99999 99999 99999 50 99999 99999 65 40 99999 99999 60 99999 99999 52 99999 99999 45 99999 65 52 99999 50 30 42 99999 40 99999 50 99999 70 99999 99999 99999 99999 30 70 99999 99999 99999
99999 45 42 99999 99999 99999
2
5
3
1
4
7
6
50
60 45
65
52
40
50
70
30
42
N=7,然后调入到Matlab 命令窗口中,另外将自编程序prim.m 存放到当前目录中,最后,输入prim 后回车。
打开变量result ,即可看见最小生成树的连接方式。
例2 某六个城市之间的道路网如下图所示,要求沿着已知长度的道路联结六个城市的电话线网,使得电话线的总长度最短。
§3 最短路
例3 如下图所示的交通网络,边上的权重代表城市之间的距离,求城市1的最短路径。
v 5
v 6
v 2
v 4
6
2
7
5
3
5 4 4
1 V1
v 3
Matlab的算法:
首先,将上图的邻接矩阵存储为G,顶点数存储为N;即:G=
99999 10 99999 30 100
99999 99999 50 99999 99999
99999 99999 99999 99999 10
99999 99999 20 99999 99999
99999 99999 99999 60 99999
N=5,然后调入到Matlab命令窗口中,另外将自编程序dijkstra.m存放到当前目录中,最后,输入dijkstra后回车。
打开变量path,即可看见最最短路的连接方式。
例4: 如下图所示的单行线交通网,每个弧旁边的数字表示这条单行线的长度。
现在有一个人要从v1出发,经过这个交通网到达v8,要寻求是总路程最短的线路。
v 6
v 4
v 8 9
1
V 1
v 5
§4 网络最大流
如上图所示,每条弧相关的括号中,第一个数据表示该条弧的容量,第二个表示该弧流量,最大流量必须满足以下条件的限制: 1. 可行性条件:
xi>=0, x1<=3, x2<=5, x3<=1, x4<=4, x5<=1,
x6<=2, x7<=5, x8<=2
2.始点Vs和收点Vt容量的要求:
X1+x2<=8, x7+x8<=7
3.流量平衡要求
总流入量和总流出量相同:
X1+x2-x7-x8=0
4.内节点流入量和流出量相同:
X1+x5-x3-x4=0
X2+x3-x6=0
X6-x5-x8=0
X4-x7=0
目标函数为:max z=x1+x2
软件求解:Matlab函数:linprog(线性规划), ip(整数规划)Lindo软件求解结果如下:
OBJECTIVE FUNCTION V ALUE
1) 5.000000
V ARIABLE V ALUE REDUCED COST
X1 3.000000 0.000000
X2 2.000000 0.000000
X3 0.000000 1.000000
X4 3.000000 0.000000
X5 0.000000 0.000000
X6 2.000000 0.000000
X7 3.000000 0.000000
X8 2.000000 0.000000
例5.如下图所示为一城市水管网络流量图,试求一条从始点Vs 到收点Vt的最大流
§5最小费用最大流问题
网络最大流只考虑了流量的问题,实际在运用时还有“费用”因素存在。
人们总是希望在得到最大流的同时,使费用最少,这就是最小费用最大流问题
如上图所示:括号里第一个数字表示最大容量,第二个数字表示单位流量的费用,第三个表示待求实际流量。
从前面可知,网络的最大流问题的解不唯一,我们可以分别计算两次线性规划求出最小费用最大流,求解过程如下:
v t
24v s
(1)建立求解最大流的线性规划模型,求出最大流
(2)将求出的最大流作为已知限制条件,构建求解最小费用最大流的线性规划模型。
由前面已经求出最大流为5,则将x1+x2=5作为增加的约束条件,另将目标函数改为:
Min z=2x1+3x2+x3+5x4+2x5+4x6+x7+2x8
即线性模型如下:
Min 2x1+3x2+x3+5x4+2x5+4x6+x7+2x8
st
x1<=3
x2<=5
x3<=1
x4<=4
x5<=1
x6<=2
x7<=5
x8<=2
X1+x2<=8
x7+x8<=7
X1+x2-x7-x8=0
X1+x5-x3-x4=0
X2+x3-x6=0
X6-x5-x8=0
X4-x7=0
x1+x2=5
运用Lindo求解,可得结果如下:
OBJECTIVE FUNCTION V ALUE
1) 42.00000
V ARIABLE V ALUE REDUCED COST
X1 3.000000 0.000000
X2 2.000000 0.000000
X3 0.000000 1.000000
X4 3.000000 0.000000
X5 0.000000 6.000000
X6 2.000000 0.000000 X7 3.000000 0.000000 X8 2.000000 0.000000。