案例 最佳灾情巡视路线

第八章运输及配送路线的优化教学目的：使学生理解各种运输方式的特点及运输方式选择的原则，掌握运输方式选择的定量分析法，理解存在中间运转的物资调配方法，掌握旅行商问题和中国邮递员问题的解法以及扫描法和节约法。

基本要求：1、理解各种运输方式的特点；2、掌握运输方式选择的定量分析法；3、理解存在中间运转的物资调配方法；4、掌握旅行商问题和中国邮递员问题的解法。

教学重点：扫描法、节约法教学时数：6学时第一节运输方式的选择运输方式选择的原则当同时存在多种运输方式可供选择的情况下，就需要进行选优抉择。

通常根据各种运输方式的经济特性和服务特征来选择合适的运输方式，即主要依据运输成本、运输速度、可靠性、安全性等指标进行判断和选择。

安全性原则——首要的原则及时性原则准确性原则经济性原则——主要原则货物运输的六大方式：根据运输工具的不同，可分为：水路、公路、铁路、航空、管道和多式联运等运输形式。

在各种运输方式中，如何选择适当的运输方式是物流合理化的重要问题。

可以选择一种运输方式也可以选择使用联运的方式。

运输方式的选择，需要根据运输环境、运输服务的目标要求，采取定性分析及定量分析的方法进行考虑。

运输方式选择的定性分析法定性分析法主要是依据完成运输任务可用的各种运输方式的运营特点及主要功能、货物的特性以及货主的要求等因素对运输方式进行直观选择的方法。

1.单一运输方式的选择单一运输方式的选择，就是选择一种运输方式提供运输服务。

公路、铁路、水路、航空和管道五种基本运输方式各有自身的优点及不足，可以根据五种基本运输方式的优势、特点，结合运输需求进行恰当的选择。

一般要考虑的因素是：•运费的高低•运输时间的长短•频度——运、配送次数•运输能力——运量的大小•货物的安全性——运输途中的破损或污染等•到货时间的准确性各种运输方式的比较2.多式联运的选择多式联运的选择，就是选择两种以上的运输方式联合起来提供运输服务。

在实际运输中，一般只有铁路及公路联运、公路或铁路及水路联运、航空及公路联运得到较为广泛的应用。

B题：灾情巡视路线第六组B ：灾情巡视路线摘要本文针对对受灾区灾情巡视的最佳路线选定问题，采用图论法建立数学模型，求解得到在不同条件下的灾情最佳巡视路线。

对于问题（1），首先将该县的公路网示意图转化为赋权图，再用WinQSB 软件求得该赋权图的最小生成树，根据生成树将赋权图分解为三个子图，运用lingo 软件求出各子图的最小哈密顿圈1C 、2C 、3C ，比较得出各图的最小哈密顿圈即为最佳灾情巡视路线1l 、2l 、3l 。

对于问题（2），先根据问题（1）求得的最佳路线得出公式a t T V243517≤++，算出至少分四组可在24小时内完成巡视；运用与问题（1）相同的方法求出各组的最佳巡视路线。

对于问题（3），运用图论软件包求出各点间的最短距离及各点到县政府的最短路径，计算出单独巡视最远点所需时间即为最短时间，以这个时间为限制，逐层找出巡视路线。

对于问题（4），进行简单讨论，得出结果。

关键词：赋权图 哈密顿圈 最小生成树一、问题重述今年夏天某县遭受水灾。

为考察灾情、组织自救，县领导决定，带领有关部门负责人到全县各乡（镇）、村巡视。

巡视的基本路线为从县政府所在地出发，走遍17个乡（镇）、35个村，最后回到县政府所在地。

要求在各条件下求出灾情巡视的最佳路线，具体问题：1.若分三组（路）巡视，试设计总路程最短且各组尽可能均衡的巡视路线。

2.假定巡视人员在各乡（镇）停留时间2=t小时，汽=T小时，在各村停留时间1车行驶速度35V公里/小时。

要再24小时内完成巡视，至少应分几组；给出=这种分组下你认为最佳的巡视路线。

3.在上述关于T，t和V的假定下，如果巡视人员足够多，完成巡视的最短时间是多少；给出在这种最短时间完成巡视的要求下，你认为最佳的巡视路线。

4.若巡视组数已定（比如三组），要求尽快完成巡视，讨论T，t和V改变对最佳巡视路线的影响。

下图为该县的乡（镇）、村公路示意图：二、符号说明=il(,2,1)29,分别表示第i组的巡视路线；i)7,C=k(,2,1分别表示所求哈密顿圈；kl表示最短总路程；a 表示巡视组数；i m 表示第i 组巡视的乡（镇）数；i n 表示第i 组巡视的村数； i s 表示第i 组的巡视路线长度三、 模型假设（1） 假设在巡视途中不会遇到塞车、道路毁坏等问题。

最佳灾情巡视路线模型【摘要】“图论”是组合数学的分支，它与其他的数学分支，如群论、矩阵论、拓扑学，数值分析有着密切的联系。

在其它科学领域，如计算机科学、运筹学、电网络分析、化学物理以及社会科学等方面图论也具有越来越重要的地位，并已取得丰硕的成果。

而且，图论的理论和方法在数学建模中也有重要应用。

本文概述了一些常用的图论方法和算法，并通过举例（灾情巡视路线）说明其在数学建模中的应用。

【关键词】图论灾情巡视Hamilton回路数学模型预备知识定义1 完全图：如果图G中每一对不同的顶点恰有一条边连接，则称此图为完全图。

定义2 连通图：如果对图G=（V，E）的任何两个顶点u与v，G中存在一条（u-v）路。

则称G是连通图。

定义3 加权图：边上有数的图称为加权图。

在加权图中，链（迹、路）的长度为链（迹、路）上的所有边的权植的和。

定义4 Hamilton回路：图G中的一个回路C称为一个Hamilton回路如果C含有G 的所有顶点。

含有Hamilton回路的图称为Hamilton图。

定义5 欧拉回路：经过图G的每条边的迹称为欧拉迹，如果这条迹是闭的，则称这条闭迹为G的欧拉回路。

一数学建模中常用的图论方法1 迪克斯特拉算法（Dijkstra）1.1问题来源在加权图中，我们经常需要找出两个指定点之间的最短路，通常称为最短路问题。

解决最短路问题的方法之一就是迪克斯特拉算法。

1.2基本思路假定P：V1→V2→ (V)i→…→Vj→…→Vk是从V1到Vk的最短路，则它的子路Vi →…→Vj一定是从Vi到Vj的最短路。

否则从V1出发沿路p走到Vi，,然后沿Vi 到Vj的最短路走到Vj再沿路P从Vj到Vk，这样得到一条新的从V1出发到Vk的路，其长度小于P，与P是最短路的假设矛盾。

1.3算法设G为所有权都为正数的加权连通简单图。

G带有顶点a=V0, V1, (V)n=z,权W(Vi , Vj) ,若(Vi, Vj)不是G中的边，则W(Vi, Vj) =∞for i=1 to nL((Vi)= ∞L(a)=0S=Ф(初始化标记，a的标记为0，其它结点标记为∞，S 为空集)当z不属于S时beginu=不属于S的L（u）最小的一个顶点S=S∪{u}对所有不属于S的顶点Vif L(u)+W(u,v)<L(v) thenL(v)=L(u)+L(u,v) (这样就给S中添加带最小标记的顶点并且更新不在S中的顶点的标记)End (L(z)表示从a到z的最短路的长度) 这个算法经过n-1次循环后必定结束，计算量为1/2（n-1）(n-2)，因而是个有效算法。

数模论文之灾情巡视路线（相对优化方案）嘿，各位亲爱的数模爱好者，今天我们来聊聊灾情巡视路线的优化方案。

这个问题可是关系到救援效率和灾民生命安全的头等大事，咱们可得好好研究研究。

先来分析一下现有的巡视路线。

一般来说，现有的路线都是按照行政区域划分，从A点到B点，再到C点，看似合理，但实际上存在很多问题。

比如说，路线过长，导致救援队伍无法在第一时间赶到现场；路线规划不合理，有时候会绕弯路，浪费时间；还有，巡视路线上的重点区域划分不清，容易导致救援资源分配不均。

那怎么办呢？咱们得来个相对优化方案。

下面我就用意识流的方式，给大家详细讲解一下这个方案。

我们要运用图论的知识，对初步的巡视路线进行优化。

具体操作如下：1.将受灾点视为图的节点，受灾点之间的距离视为图的边，建立一张灾情巡视图。

2.运用Dijkstra算法，计算从救援队伍出发点到各个受灾点的最短路径。

3.对最短路径进行排序，优先考虑受灾程度较高的区域。

4.根据道路状况和救援队伍的行动速度，调整路径顺序，使得救援队伍在巡视过程中能够高效地到达各个受灾点。

5.对优化后的巡视路线进行评估，包括救援时间、救援成本、救援效果等方面，确保方案的科学性和实用性。

在这个过程中，我们还要考虑到一些特殊情况。

比如说，有些受灾点因为地形原因，无法直接到达，这时候我们可以采用无人机等先进设备进行巡视。

再比如，有些受灾点之间可能存在交通管制，这时候我们需要及时调整路线，确保救援队伍能够顺利到达。

优化方案有了，就是实施阶段。

我们要与政府部门、救援队伍、志愿者等各方密切配合，确保方案的顺利实施。

具体操作如下：1.制定详细的实施方案，明确各部门的职责和任务。

2.建立一个灾情信息共享平台，实时更新受灾点的受灾情况和救援进度。

3.对救援队伍进行培训，提高他们的救援技能和应对突发事件的能力。

4.加强宣传，提高公众对灾情巡视路线优化方案的认识和支持。

5.定期对方案进行评估和调整，以适应不断变化的灾情和救援需求。

灾难最佳巡视路线摘要本文解决的是对全县的乡镇和村庄进行灾情巡视最佳线路的求解问题，多旅行售货问题。

问题一是三个旅行售货问题，问题二是四个旅行售货问题。

我们可以运用图论的知识并且考虑气均衡性，建立起约束最优化线路模型来解决这个问题。

关键词：Hamilton圈多旅行售货问题最小生成树问题今年夏天该县遭受水灾。

为考察灾情、组织自救，县领导决定，带领有关部门负责人到全县各乡（镇）、村巡视。

巡视路线指从县政府所在地出发，走遍各乡（镇）、村，又回到县政府所在地的路线。

1.若分三组（路）巡视，试设计总路程最短且各组尽可能均衡的巡视路线。

2.假定巡视人员在各乡（镇）停留时间T=2小时，在各村停留时间t=1小时，汽车行驶速度V=35公里/小时。

要在24小时内完成巡视，至少应分几组；给出这种分组下你认为最佳的巡视路线。

1.问题重述问题1：若分三组（路）巡视，试设计总路程最短且各组尽可能均衡的巡视路线图问题2：假定巡视人员在各乡（镇）停留时间T=2小时，在各村停留时间t=1小时，汽车行驶速度V=35公里/小时。

要在24小时内完成巡视，至少应分几组；给出这种分组下你认为最佳的巡视路线。

问题3：在上述关于T , t和V的假定下，如果巡视人员足够多，完成巡视的最短时间是多少；给出在这种最短时间完成巡视的要求下，你认为最佳的巡视路线。

问题4：若巡视组数已定(如三组），要求尽快完成巡视，讨论T，t和V改变对最佳巡视路线的影响。

2.模型的假设及符号说明2.1模型假设假设1：假设汽车在路上以V匀速行驶，且不停留，不考虑故障，忽略外部因素影响假设2：巡视过程中除了正常停留外，没有因其它因素造成时间延误假设3：巡视路线可以重复假设4：对于要多次经过的乡(镇)或村只停留一次假设5：每个巡视人员只能走自己划分区域内的路线2.2符号说明G：表示加权图Gi：表示子图V：表示顶点，每一个乡(镇)或村看成一个点E：表示边，乡(镇)或村之间的路线w(x，y)：表示权重，乡(镇)或村之间的距离S：表示回路路程总和ə：表示路程均衡度Li：表示每一条子回路T：表示在每个乡(镇)停留的时间I：表示在每个村停留的时间Ti：表示第i组的巡视时间V：表示汽车行驶速度Z：表示划分的区域数N：表示乡(镇)的数目N：表示村的数目Ni：表示第i组巡视乡(镇)的数目Ni：表示第i组巡视村的数目M：表示所分的组数v ：表示时间均衡度3.问题分析本文研究的是最佳巡视路线设计问题，要求从O点出发巡视完所有乡(镇)村后，在回到O点，此问题可以转化为旅行商问题，再设计相应的算法求解针对问题一：问题一要求设计3组巡视总路程最短且尽可能均衡，首先我们通过主观筛选法将原图划分为3个子图，每个子图顶点数大约为17个，相邻的点划在一个子图中，且尽量使每个子图构成一个回路，这样将原问题转化为单旅行商问题求解针对问题二：问题二在问题一的基础上加了时间的限制，在每一个顶点都有停留时间，且在24小时巡视完。

建模案例：最佳灾情巡视路线这里介绍1998年全国大学生数学模型竞赛B题中的两个问题.一、问题今年夏天某县遭受水灾.为考察灾情、组织自救，县领导决定，带领有关部门负责人到全县各乡（镇）、村巡视.巡视路线指从县政府所在地出发，走遍各乡（镇）、村，又回到县政府所在地的路线.1．若分三组（路）巡视，试设计总路程最短且各组尽可能均衡的路线.2．假定巡视人员在各乡（镇）停留时间T=2h，在各村停留时间t=1h，汽车行驶速度V=35km/h.要在24h内完成巡视，至少应分几组；给出这种分组下最佳的巡视路线.乡镇、村的公路网示意图见图1.图1二、假设1．汽车在路上的速度总是一定，不会出现抛锚等现象；2．巡视当中，在每个乡镇、村的停留时间一定，不会出现特殊情况而延误时间；3．每个小组的汽车行驶速度完全一样；4．分组后，各小组只能走自己区内的路，不能走其他小组的路（除公共路外）.三、模型的建立与求解将公路网图中，每个乡（镇）或村看作图中的一个节点，各乡（镇）、村之间的公路看作图中对应节点间的边，各条公路的长度（或行驶时间）看作对应边上的权，所给公路网就转化为加权网络图，问题就转化为在给定的加权网络图中寻找从给定点O 出发，行遍所有顶点至少一次再回到O 点，使得总权（路程或时间）最小，此即最佳推销员回路问题.在加权图G 中求最佳推销员回路问题是NP —完全问题，我们采用一种近似算法求出该问题的一个近似最优解，来代替最优解，算法如下：算法一 求加权图G （V ，E ）的最佳推销员回路的近似算法：1． 用图论软件包求出G 中任意两个顶点间的最短路，构造出完备图),(E V G ''，()E y x '∈∀,， ()(),,G x y mind x y ω=；2． 输入图G '的一个初始H 圈；3． 用对角线完全算法产生一个初始H 圈；4． 随机搜索出G '中若干个H 圈，例如2000个；5． 对第2、3、4步所得的每个H 圈，用二边逐次修正法进行优化，得到近似最佳H 圈；6． 在第5步求出的所有H 圈中，找出权最小的一个，此即要找的最佳H圈的近似解.由于二边逐次修正法的结果与初始圈有关，故本算法第2、3、4步分别用三种方法产生初始圈，以保证能得到较优的计算结果.问题一 若分为3组巡视，设计总路程最短且各组尽可能均衡的巡视路线.此问题是多个推销员的最佳推销员回路问题.即在加权图G 中求顶点集V 的划分12,,,n V V V ，将G 分成n 个生成子图[][][]12,,...,n G V G V G V ，使得（1）顶点i V O ∈, i =1，2，3,…,n ；（2）()G V V n i i== 1 ；（3）()()(),m ax m ax i j i ji i C C C ωωαω-≤，其中i C 为i V 的导出子图[]i V G 中的最佳推销员回路，()i C ω为i C 的权，i ，j =1，2，3,…,n ；（4）()1ni i C ω=∑取最小.定义 称()()(),0m ax m ax i j i ji i C C C ωωαω-=为该分组的实际均衡度.α为最大容许均衡度.显然100≤≤α，0α越小，说明分组的均衡性越好.取定一个α后，0α与α满足条件（3）的分组是一个均衡分组.条件（4）表示总巡视路线最短.此问题包含两方面：第一，对顶点分组；第二，在每组中求最佳推销员回路，即为单个推销员的最佳推销员问题.由于单个推销员的最佳推销员回路问题不存在多项式时间内的精确算法，故多个推销员的问题也不存在多项式时间内的精确算法.而图中节点数较多，为53个，我们只能去寻求一种较合理的划分准则，对图１进行粗步划分后，求出各部分近似最佳推销员回路的权，再进一步调整，使得各部分满足均衡性条件（3）.图2 O点到任意点的最短路图（单位：km）从O点出发去其他点，要使路程较小应尽量走O点到该点的最短路.故用图论软件包求出O点到其余顶点的最短路，这些最短路构成一棵以O为树根的树，将从O点出发的树枝称为干枝，见图2，从图中可以看出，从O点出发到其它点共有6条干枝，他们的名称分别为①，②，③，④，⑤，⑥.根据实际工作的经验及上述分析，在分组时应遵从以下准则：准则一：尽量使同一干枝及其分枝上的点分在同一组；准则二：应将相邻的干枝上的点分在同一组；准则三：尽量将长的干枝与短的干枝分在同一组.由上述分组准则，我们找到两种分组形式如下：分组一：（⑥，①），（②，③），（⑤，④）；分组二：（①，②），（③，④），（⑤，⑥）．显然分组一的方法极不均衡，故考虑分组二.对分组二中每组顶点的生成子图，用算法一求出近似最优解及相应的巡视路线.使用算法一时，在每个子图所构造的完备图中，取一个尽量包含图2中树上的边的H圈作为其第2步输入的初始圈.分组二的近似解见表1.因为该分组的均衡度0α=()()()121,2,3241.9125.5m ax 241.9i i C C C ωωω=--==54.2%所以此分法的均衡性很差.为改善均衡性，将第Ⅱ组中的顶点C ，2，3，D ，4分给第Ⅲ组（顶点2为这两组的公共点），重新分组后的近似最优解见表2.因该分组的均衡度=0α()311,2,3216.4191.1m ax 216.4i i C C C ωωω=--==11.69%所以这种分法的均衡性较好.问题二 当巡视人员在各乡（镇）、村的停留时间一定，汽车的行驶速度一定，要在24h 内完成巡视，至少要分几组及最佳的巡视路线.由于T =2h ，t =1h ，V =35km/h ，需访问的乡镇共有17个，村共有35个.计算出在乡（镇）及村的总停留时间为17⨯2h+35h=69h ，要在24h 内完成巡回，若不考虑行走时间，有: 2469<i (i 为分的组数).得i 最小为4，故至少要分4组.由于该网络的乡（镇）、村分布较为均匀，故有可能找出停留时间尽量均衡的分组，当分4组时各组停留时间大约为69h 17.254=h ，则每组分配在路途上的时间大约为24h-17.25h=6.75h.而前面讨论过，分三组时有个总路程599.8km 的巡视路线，分4组时的总路程不会比599.8km 大太多，不妨以599.8km 来计算.路上时间约为599.8h 1735=h ，若平均分配给4个组，每个组约需417h=4.25h〈6.75h ，故分成4组是可能办到的.现在尝试将顶点分为4组.分组的原则：除遵从前面准则一、二、三外，还应遵从以下准则：准则四：尽量使各组的停留时间相等.用上述原则在图2上将图分为4组，同时计算各组的停留时间,然后用算法一算出各组的近似最佳推销员巡回，得出路线长度及行走时间，从而得出完成巡视的近似最佳时间.用算法一计算时，初始圈的输入与分3组时同样处理.这4组的近似最优解见表3.加框的表示此点只经过不停留.该分组实际均衡度0α==-74.2269.2174.22 4.62%可以看出，表3分组的均衡度很好，且完全满足24h 完成巡视的要求.。

约束最优路线的模拟退火一、问题描述今年夏天该县遭受水灾。

为考察灾情、组织自救，县领导决定，带领有关部门负责人到全县各乡（镇）、村巡视。

巡视路线指从县政府所在地出发，走遍各乡（镇）、村，又回到县政府所在地的路线。

１．若分三组（路）巡视，试设计总路程最短且各组尽可能均衡的巡视路线。

２．假定巡视人员在各乡（镇）停留时间T=2小时，在各村停留时间t=1小时，汽车行驶速度V=35公里／小时。

要在24小时内完成巡视，至少应分几组；给出这种分组下你认为最佳的巡视路线。

３．在上述关于T，t和V的假定下，如果巡视人员足够多，完成巡视的最短时间是多少；给出在这种最短时间完成巡视的要求下，你认为最佳的巡视路线。

４．若巡视组数已定（如三组），要求尽快完成巡视，讨论T，t和V改变对最佳巡视路线的影响。

二、问题分析及模型的建立因为是分组巡视（不妨设分N组），要直接确定一个组巡视哪些地点是困难的。

由于将各组巡视的路线连接起来可看成一条N次相继从县城出发又回到县城的路线，这样，多组巡视就化成了单组巡视。

经分析，我们认为前3问及第4问计算部分都是组合规划中的约束优化问题，均属以模型()()()nj x g mi x h st x f j i ,,2,1,0,,2,1,0.min ⋯=≥⋯== （I ） 为基础的约束最优路线模型。

下面根据各问的要求，分别对4个问题进行具体讨论。

对于问题1，如果选取总路程最短的所有巡视路线中最均衡的，一般这一路线仍会很不均衡。

故除了要总路程短，另需“均衡”提出一定的要求，即组间巡视路线的长度差不大于某给定值L 。

还有路线能够分成3次从县城O 出发再回到O 、各组经过地点的并集为所有顶点的集合只之约束。

模型如下：()APLf f Nn st f f F n i i =≤-=-+≤≤ 1min max min max .min λ (II) 其中F 为巡视总路程，N 为要求的分组数（本问N=3），n 是优化过程中路线的实际分组数，f max 和f min 分别为n 组中最长和最短组的巡视路程，P i 为第i 组巡视地点的集合，A 是所有顶点的集合。

铁路部门在洪水期间的线路巡查与险情处置方案洪水是自然灾害之一，不仅对生命安全造成严重威胁，还经常给交通基础设施带来巨大的破坏。

铁路是我国重要的交通干线，洪水期间对铁路线路的巡查和险情处置显得尤为重要。

本文将从洪水对铁路线路的影响、巡查要点和险情处置方案三个方面展开论述。

一、洪水对铁路线路的影响洪水期间，强降雨导致河水水位上涨，河道溢出，水流冲刷使得铁路路基和桥梁面临崩塌、冲毁的危险。

此外，水流可能还会冲刷土石流、泥石流等物质，堵塞铁路线路，影响通行。

洪水还会带来较大的浸水面积，对线路设备设施造成破坏，如信号设备短路等。

二、线路巡查要点在洪水期间，铁路部门需加强对线路的巡查，确保线路的安全通行。

线路巡查应包括以下要点：1. 桥梁巡查：洪水容易对桥梁造成较大威胁，巡查人员应注意观察桥梁的河床侧和岸侧基础是否有冲刷现象，是否出现明显龟裂、位移等情况。

2. 路基巡查：巡查人员需检查路基的稳定性，特别是易于滑坡或冲毁的地段，如山体边坡等，确保路基的完好。

3. 设备设施巡查：巡查人员应关注与铁路运行相关的设备设施，如信号设备、电力设备等，排查是否有浸水、短路等情况。

4. 水流冲击观察：巡查人员需要观察水流对线路的冲击情况，确保线路没有被冲击变形或冲垮。

三、险情处置方案一旦发现洪水导致的险情，铁路部门需迅速采取行动，及时处置，以保障铁路运行的安全。

险情处置方案应包括以下内容：1. 抢险队伍组建：铁路部门应提前组织抢险队伍，确保人员的到位和装备的准备，以便迅速投入抢险行动。

2. 沟通协调：铁路部门需与有关部门紧密合作，共享信息，及时了解洪水情况和险情发展，以便采取恰当的处置措施。

3. 保护现场：险情处置时，应优先保护人员的安全，严禁擅自靠近险情现场，确保人员的生命安全。

4. 临时修复：对于无法立即恢复通行的险情，铁路部门应采取临时修复措施，如设置临时支撑桥梁、修复路基等，确保线路安全通行。

5. 事后检查：洪水过后，铁路部门应对受影响的线路进行全面检查，及时修复存在的问题，确保线路的安全运营。