第六章(六)中国邮递员问题
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§4.中国邮递员问题(Chinese Postman Problem)1.问题的提出例5. 一个邮递员从邮局出发投递信件, 然后再返回邮局, 如果他必须至少一次地走过他负责投递范围内的每条街道, 街道路线如下图所示, 问选择怎样的路线才能使所走的路为最短?5 6 78问题的图论表述:在赋权G=[V, E]上找一条经每条边至少一次的权最小的圈。
1960年山东师范学院管梅谷教授首先提出此问题,并设计了一个“奇偶点表上作业法”,后来发现此法不是多项式算法,1973年,Edmonds和Johnson给出一个多项式算法。
2.哥尼斯堡七桥问题18世纪在哥尼斯堡城(今俄罗斯加里宁格勒)的普莱格尔河上有7座桥,将河中的两个岛和河岸连结,如下图所示。
城中的居民经常沿河过桥散步,于是提出了一个问题:能否一次走遍7座桥,而每座桥只许通过一次,最后仍回到起始地点。
3.Euler圈Euler圈:经图G的每条边的简单圈Euler图:具有Euler圈的图Euler图非Euler图下面讨论的图G允许有重边,且重边被认为是有区别的边。
伪Euler 圈:经图G 的每条边至少一次的圈点v 的次:与点V 关联的边的数目奇(偶)点:该点的次为奇(偶)数命题1:G 的奇点个数为偶数命题2:G 中有伪Euler 圈 ⇔ G 无奇点中国邮递员问题可表述为:在图G 中找一条权最小的伪Euler 圈。
对于邮递员来说,有些街道可能会重复走,原问题便转化为尽可能少走重复的 街道。
我们将这些重复的边组成的集合称可行集,即找最小的可行集。
命题3:E *是最小可行集 ⇔ωωμμμ()()()()*()*()e e e E E E e E E ≤∑∑∀μ∈∩∈∩\初等圈重复的边 非重复的边4.算法思路由命题1,简单图G 的奇点个数为偶数,可设为v 1 , v 2 , …, v 2k , 对每个1≤ i ≤k, 找v 2i − 1 至v 2i 的链p i ,将p i 的边重复一次。
中国邮递员问题第一篇:中国邮递员问题运筹学第六组运筹学个人心得之中国邮递员问题我们第六组做的第二次案例就是中国邮递员问题,这个问题是运筹学中的经典命题。
这个案例讲的是:在中国的六个县城,每个县城都有一个县局,县局下面设立若干个邮政所,每天邮递员的任务就是从县局出发,依次到每一个邮政所送邮件,要求每个邮政所都必须去,而且只能去一次。
这就涉及到一个路线的规划问题,怎么走才能使得邮递员走的路最少,而且能够完成任务。
在做题之前考虑了很久,真不知道从何着手,国为以前确实没有接触过这个类型的题,没有一个能够行得通的办法。
后来,我们选定了一个代表性的区域,来尝试求解,国为第六个区域的变量最多,所以就选择这个区域作为突破口。
只要第六个区域求解成功,其它五个区域便迎刃而解了。
首先,我们画了一个由第六区域的十七个点所组成的17*17矩阵,一一对应设定变量,在去除对角线的17个变量之后,我们得到272个变量。
这是一个非常庞大的变量群体,若按传统的线性规划方法求解,求解过程将会变得异常艰辛,而且以前的模板,求解工具都不能求解这么多变量。
所以我们一度陷入混乱,求解工作停滞不前。
后来老师在对这价目案例作初步的讲解的时候,提出了用运输模型来对这个问题进行求解,此话一出,真是如醍醐灌顶,酣畅极了,眼前简直豁然一亮,真想“拍案而起”。
若用运输模型求解,这个问题将会变得非常简单。
一方面由于每行的出发点只能有一个,而每列的终点也只能有一个,这样看来,邮运筹学第六组递员总是变成了一个产销平衡的运输问题,产量和销量都有是1。
这样我们就完成了求解工作,在第一次求解得出结论后,我们画了一个路线图,发现有几个两点循环,没有形成一条大通路,于是我们重新加入了两点循环约束,进行二次求解;在第二次求解完成后,我们又重新画了路线图,结果发现有四点循环于是我们又加入四点循环约束,进行第三次求解,在得到第三次求解的结果后,我们又画出了路线图,这次刚好形成了一个完整的通路,保证了邮递员每点都走到且行走的路线最合理。
§4.中国邮递员问题(Chinese Postman Problem)1.问题的提出例5. 一个邮递员从邮局出发投递信件, 然后再返回邮局, 如果他必须至少一次地走过他负责投递范围内的每条街道, 街道路线如下图所示, 问选择怎样的路线才能使所走的路为最短?5 6 78问题的图论表述:在赋权G=[V, E]上找一条经每条边至少一次的权最小的圈。
1960年山东师范学院管梅谷教授首先提出此问题,并设计了一个“奇偶点表上作业法”,后来发现此法不是多项式算法,1973年,Edmonds和Johnson给出一个多项式算法。
2.哥尼斯堡七桥问题18世纪在哥尼斯堡城(今俄罗斯加里宁格勒)的普莱格尔河上有7座桥,将河中的两个岛和河岸连结,如下图所示。
城中的居民经常沿河过桥散步,于是提出了一个问题:能否一次走遍7座桥,而每座桥只许通过一次,最后仍回到起始地点。
3.Euler圈Euler圈:经图G的每条边的简单圈Euler图:具有Euler圈的图Euler图非Euler图下面讨论的图G允许有重边,且重边被认为是有区别的边。
伪Euler 圈:经图G 的每条边至少一次的圈点v 的次:与点V 关联的边的数目奇(偶)点:该点的次为奇(偶)数命题1:G 的奇点个数为偶数命题2:G 中有伪Euler 圈 ⇔ G 无奇点中国邮递员问题可表述为:在图G 中找一条权最小的伪Euler 圈。
对于邮递员来说,有些街道可能会重复走,原问题便转化为尽可能少走重复的 街道。
我们将这些重复的边组成的集合称可行集,即找最小的可行集。
命题3:E *是最小可行集 ⇔ωωμμμ()()()()*()*()e e e E E E e E E ≤∑∑∀μ∈∩∈∩\初等圈重复的边 非重复的边4.算法思路由命题1,简单图G 的奇点个数为偶数,可设为v 1 , v 2 , …, v 2k , 对每个1≤ i ≤k, 找v 2i − 1 至v 2i 的链p i ,将p i 的边重复一次。
中国邮递员问题摘要:一名邮递员带着要分发的邮件从邮局出发,经过要分发的每个街道,送完邮件后又返回邮局.如果他必须至少一次走过他管辖范围内的每一条街道,如何选择投递路线,使邮递员走尽可能少的路程.这个问题是由我国数学家管梅谷先生(山东师范大学数学系教授)在1962年首次提出的,因此在国际上称之为中国邮递员问题本文主要介绍了中国邮递员问题的基本分析、求解中国邮递员问题的方法以及有关欧拉回路的算法实现。
关键词:中国邮递员欧拉图欧拉回路一、中国邮递员问题的分析中国投递员问题是1960年我们从生产实际中提出的一个数学问题,它是从下述实际问题中抽象出来的:“一个投递员应该怎么选择一条线路,才能既把所有由他负责的信件都送到,而所走的路程又最短”。
在我们开始研究中国投递员问题以前,国外有人研究过所谓旅行售货员的问题,即:“一个售货员要到n个城市去售货,问他应该选择怎样的一条线路,才能既走遍所有城市,并且走的路程最短”。
这是一个著名的难题.当n较大时,即使使用大型电子计算机,也很难解决。
投递员面临的问题显然可以归纳为旅行售货员问题,事实上,只要把投递员必须送的每一个地点看成是一个城市就行了.但是一般来说,投递员每次要到约二、三百个地点送信,如果归纳为旅行售货员问题来解决,将是一个规模很大的问题,是无法解决的.但是,在仔细分析了投递员面临的问题后,我们发现这个问题具有一定的特点,即需要送信的地点一般都是比较密集的排列在街道上的,因此,实际上,我们称这个问题为“最短投递线路问题”,1965年后国外称之为“中国投递员问题”(这个问题是我国数学家管梅谷先生在20世纪60年代提出来的)用图论的语言来描述就是在一个带权图G中,能否找到一条回路C,使C包含G的每条边至少一次且C的长度最短?如若他所管辖的街道构成一欧拉回路,则这欧拉回路便是所求路径。
如若不然,即存在度数为奇数的顶点,必然有些街道需要多走至少一遍,这时用中国邮路问题算法可求出最短路径。
中国邮递员数学问题
中国邮递员数学问题是一个著名的数学问题,也称为"中国邮递员问题"。
这个问题源于邮递员在担任邮递员工作时,需要沿着不同的街道进行投递。
邮递员必须走遍每一条街道至少一次,然后回到出发地点。
问题的目标是寻找一条最短的路径,使得邮递员能够满足投递的要求。
具体问题描述如下:给定一个城市的街道网络图,每条街道上都有一个正整数表示街道的长度。
邮递员需要从一个特定地点出发,沿着街道网络进行投递,然后回到出发地点。
要求邮递员经过的路径总长度最短。
这个问题属于旅行商问题的变种,是一个NP-完全问题。
因为问题规模较大,难以找到一个最优解。
因此,通常采用近似算法进行求解,如TSP(Traveling Salesman Problem)等。
邮递员问题在实际中有很多应用,比如快递员的路线规划、物流配送等。
解决这个问题可以提高物流效率,减少成本。
中国邮递员问题解法中国邮递员问题是一个著名的组合优化问题,实际上是一个旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)的变种。
问题描述:给定一个城市集合和城市之间的距离矩阵,求解一个最短的邮递员路径,使邮递员能够从出发城市出发,经过每个城市恰好一次,最后回到出发城市。
解法:1.暴力搜索暴力搜索是最简单直观的解法。
遍历所有可能的路径,计算每个路径的总距离,最后选择最短的路径。
这种解法的时间复杂度为O(n!),随着城市数量的增加而急剧增加,效率非常低,只适用于小规模问题。
2.动态规划动态规划是一个更高效的解法。
使用一个二维数组dp[i][j]表示从城市i出发经过城市集合j的最短路径长度,其中j是一个二进制数,表示哪些城市已经访问过。
动态规划的转移方程为:dp[i][j] = min{dp[k][j XOR (1 << k)] + distance[i][k]},其中k表示已经访问的最后一个城市。
利用这个递推关系,可以逐步计算出dp[0][1<<n-1],即从城市0出发经过所有城市的最短路径。
最后,将此路径与每个城市的距离相加,得到最终的最短路径长度。
3.贪心算法贪心算法是一种更简单的解法。
首先选择一个起始城市,然后每次选择距离最近且未被访问过的城市,将其加入路径中。
重复此过程,直到访问完所有城市,然后回到起始城市。
这种解法的时间复杂度为O(n^2),但由于贪心策略的局限性(可能会出现回头或死胡同),所以得到的解并不一定是最优解。
以上是三种常用的解决中国邮递员问题的方法,具体可以根据实际情况选择合适的算法进行求解。
中国邮递员问题的求解实例前面已经讲过,对于欧拉图,可以直接用Fleury算法找出一条欧拉巡回路线;对于半欧拉图,可以先求出奇点u和v之间的最短路径P,令G =G P,贝U G *为欧拉图,然后用Fleury算法来确定一个G *的欧拉巡回,它就是G的最优巡回。
当G有2n个奇点(n>1),可以用Edmonds算法解决,步骤如下:(1) 用Floyd算法求出所有奇点之间的最短路径和距离矩阵。
(2) 用匈牙利法或0-1规划法求出所有奇点之间的最佳配对。
(3) 在原图上添加最佳配对所包含的两两顶点之间的最短路得到欧拉图G *。
⑷用Fleury算法确定一个G *的欧拉巡回,这就是G的最优巡回。
以上步骤的关键是找出2n个奇点的最佳配对,举例如下。
例图3是某区街道示意图,各边的长度数据如下表所示。
现在需要对每条街道找最优巡回,需要先求26个奇点的最佳配对。
先用Floyd算法求出所有42个顶点之间的最短路距离和路径。
程序如下:E=[1 2 10261 4 402........ 注:每一行代表一条边(两个顶点和边长),此处省略59行40 39 198];for i=1:42for j=1:42if j==ia(i,j)=0; elsea(i,j)=inf; end end endfor k=1:62 i=E(k,1);j=E(k,2);a(i,j)=E(k,3);a(j,i)=E(k,3); end[D,R]=floyd(a);图3某区街道示意图然后求26个奇点的最优配对,这可以用Lin go 求解,编写程序如下:MODEL: SETS:4U12°26"30 O3539 40413*27 21 4128* 3338仆2934O114251015• 1724,25201922 23 32313637dot/2,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,17,18,19,20,22,24,25,26,28,29,30,36,40,41/;LINKS(dot,dot)| &2 # GT # & 1:C,X;ENDSETSDATA:C=1319 1065 651 650 939 1228 1463 1500 1213 617 895 1590 1709 1377 1033 1112 1652 1761 1853 1418 1832 2124 2151 2479 1687254 668 1173 1462 1751 198 181 402 1140 1418 2113 453 601 945 1635 2175 2284 597 1941 2355 868 1463 1498 2104414 919 1208 1497 1732 435 148 886 1164 1859 679 347 691 1381 1921 2030 823 1687 2101 1094 1689 1724 1850505 794 1083 1318 849 562 472 750 1445 1058 726 382 967 1507 1616 1202 1273 1687 1473 2005 2103 1541289 578 813 1354 1067 471 245 940 1563 1231 887 462 1002 1111 1707 768 1182 1978 2005 2333 1541 289 524 1643 1356 760 534 651 1852 1520 1176 504 828 886 1996 594 1008 2267 2197 2525 1733235 1932 1645 1049 823 362 2141 1809 1465 793 706 597 2285 883 890 2556 2486 2814 20222167 1880 1284 1058 163 2376 2044 1700 1028 507 398 2520 1105 691 2766 2658 2986 2194306 1321 1599 2294 272 505 849 1571 2111 2220 416 1877 2291 687 1282 1317 20081034 1312 2007 531 199 543 1265 1805 1914 675 1571 1985 946 1541 1576 1702360 1411 1203 871 527 577 1117 1226 1347 883 1297 1618 1534 1862 10701101 1563 1231 887 217 757 866 1707 523 937 1978 1894 2222 14302282 1950 1606 884 344 235 2426 942 528 2603 2495 2823 2031332 676 1398 1938 2047 144 1704 2118 415 1010 1045 1824344 1066 1606 1715 476 1372 1786 747 1342 1377 1503722 1262 1371 820 1028 1442 1091 1623 1721 1159540 649 1542 306 720 1813 1729 2057 1265109 2082 598 184 **** **** 2479 16872191 707 293 2368 2260 2588 17961848 2262 271 866 901 1680414 1711 1603 1931 11392075 1967 2295 1503595 630 1409360 832792;ENDDATA图4 26个奇点的最优配对MIN=@SUM(LINKS:C *X);@FOR(LINKS:@BIN(X));@FOR(dot(l):@SUM(LINKS(J,K)| J #EQ# I #OR# K #EQ# I:X(J,K))=1);END运行以上程序,得到最优配对结果为:2与6、4与12、5与13、8与9、10与11、14 与15、17 与25、18 与26、19 与20、22 与28、24 与29、30 与36、40 与41。
题目:姓名:学号:班级:前 言我们在生活中都与中国邮递员有了一定的接触,那么什么是中国邮递员?中国邮递员问题产生于1960年,它讨论的主要内容是:“一个投递员应该如何选择线路,才能把所有的由他负责的信件都送到,而且所走的路线又是最短的。
我国管梅谷教授1962变首先并提出了中国邮递员问题的原始模型。
然而在我们研究中国邮递员以前,国外有很多人士研究了所谓的旅行售货员问题:“一个售货员要到n 个城市去售货,问其应该如何的选择路线才能一条路的走完所有的城市,且路程是最短的。
”当n 增大到一定程度的时候我们将难以解决。
所以我们这里的中国投递员的问题也相当于旅行售后员一条线走完所有城市的问题,只要将所有的城市的点换成了我们所要投递的点就可以了。
事实上就是告诉你几个点和几条边及其权重,就其求出某点到某点的最短路的问题。
摘 要图论在各个领域都有着广泛的应用,在单循道路的寻早上早已经开始应用。
对于中国邮递员等的问题,我们可以用边着色理论和Euler 理论来解决,这里本文将应用于实践,将理论性问题用到福建省漳平市的邮递员发送派件的应走得道路方式。
本文将应用Fluery 算法来求解最终得到与本文所要寻找的问题的结果。
关键词:图论;EULER ;FLEURY 算法;邮递员1.知识简介EULER 环游]1[:一条闭途径如果通过图中每条边至少一次就称为环游,图中的每条边恰一次的比途径就称之为EULER 环游,有EULER 环游的图称之为EULER 图。
FLEURY 算法]1[(过河拆桥,尽量不走独木桥):(1)任取一点0v ,令00w v =。
(2)若迹k k k v e v e 110v w =已经取定,选},,,{e \E e 211k k e e ∈+使得①1e +k 与k v 相关联。
②除非无奈,选1e +k 使它不是},,,{G 21k k e e e G -=的割边。
(3)若(2)不能再进行下去,那么就终止。