案例:最佳灾情巡视路线页PPT文档
- 格式:ppt
- 大小:624.50 KB
- 文档页数:21
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。
灾情巡视最佳路径选择摘要本文解决的是对全县各乡镇和村庄进行灾情巡视线路的设计问题,该问题属于点的遍历性的TSP问题。
因此我们结合图论的相关知识并考虑到分组的均衡性,建立起了约束最优化线路模型来解决该问题。
针对问题一,我们先建立起目标函数(见5.11中式(0.1)),随后根据各点的集中区域进行划分,引入均衡度ə进行分组方案的比较,最终采用方案二(见 5.2中方案二)。
再利用破圈法得到了最短回路。
最后matlab编程求解(见附录一)得出三组的巡视路程分别为200.1公里,196.8公里,205.1公里,总路程为602公里,均衡度ə=0.0405。
具体路线安排见表二。
针对问题二,分析得到要在24小时完成巡视的任务最少要四组巡视人员,将问题一中各条线路的权重由路程改为了时间,并在结点处增加了结点权重。
Matlab求解(见附录二)得巡视的时间分别为21.73小时22.51小时,23.60小时,21.18小时。
所以至少分四组,具体路线安排见表三。
针对问题三,通过图论软件得出巡视到距离O最远的点H要的时间为6.43小时,要在这个时间上限内完成巡视,分析得到最优分配为24组。
最后借助图论软件求出最终方案(见表四)。
针对问题四,在不影响分组的均衡条件下, 采用控制变量法对T,t,V分别为变量时的各自允许变化范围进行了研究。
得出了这三个变量的关系式,再根据式子进行了讨论,得到最终结果见表五。
关键词:Hamilton圈破圈法TSP问题路径最优化1问题重述1.1问题背景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。
1.2需要解决的问题若分三组(路)巡视,试设计总路程最短且各组尽可能均衡的巡视路线。
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。
1 符号说明i 用于表示地点 i=0表示县政府 1<= i <=35表示村 36<=i<=52表示乡 v 表示i 从1到52构成的点的集合2、模型的建立与分析经过图G 每一个顶点一次的圈称为哈米尔顿圈或H 圈,,其中全最小的哈密尔顿圈成为最佳H 圈,完备图一定存在最佳H 圈,寻找最佳H 圈的方法是有给定的图G=(V ,E )构造一个以V 为顶点集的完备图G1=(V ,E1),E 的每一条边(x,y )的权等于 x 与y 在图中最短路的权,根据以上结论,将所给的图转化为满足任意两点之间最短路寻找最佳H 圈的方法有很多,它的准确解法有穷举法和动态规划法,此次模型我们采用近似的方法,两边逐次修正法,根据该算法我们求出完备图的邻接矩阵,任给图中的一组顶点,我们都可以求出它的最佳推销员路径,即经过这些顶点至少一次且权值最小。
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 ni i== 1 ;(3)()()(),max max i j i ji iC 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)()1nii C ω=∑取最小.定义 称()()(),0max max i j i ji iC 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.此问题包含两方面的的内容:第一,顶点的分组;第二,每组中要求最佳推销回路,即三组能保持一定的均衡度。
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。
最优灾情巡视路线摘要本文解决的是灾情巡视路线的最佳安排问题,我们将其转化为多个推销员回路问题,并针对灾情巡视的不同要求,用哈密顿法求出了各情况下的近似最优解。
针对问题一:本文采用Kruskal 法求出最小生成树图,然后以最小生成树为依据将该县分为三个区域,分别对应三组巡视人员。
然后利用哈密顿法求解出各组最短的巡视路程,分别为第一组197.6km 、第二组196.8km 、第三组206.8km ,总路程为601.2km 。
最后用本文中自定义的路程均衡度来衡量分组的均衡性,路程均衡度为5.0%,各组的均衡性很好。
针对问题二:本文在解决问题一的基础上,将该县分为四个区域。
然后利用哈密顿法求解出四个区域的最短巡视路程,进而求出巡视时间和停留时间,得到各组的巡视总时间,分别为第一组21.1小时、第二组22.5小时、第三组23.0小时、第四组21.5小时。
其中时间均衡度为8.6%,满足题目要求。
针对问题三:本文分析得出,巡视的最短时间为6.43小时,然后我们根据最短时间并依据最小生成树图将巡视人员分为七组,在新的巡视规则下很好的完成了巡视任务。
各组的巡视路线和停留点时间如下表: 针对问题四:本文在不破坏原来分组均衡性的条件下,讨论了,,T t V 对分组的影响,并得出,,T t V 的最大变化范围。
最后根据得出的结论对分三组的实例进行定量分析,验证了结论的可行性。
组号 巡视路线时间/小时1 2567912141297652O E F H H F E O --------------------6.432 252021181518212025O M K L L K M O ---------------- 5.873 2561913111319652O L J G G J L O ------------------ 6.154 234891098432O D E F F E D O ------------------ 6.385 282726242322171617222324262728O P N N P O -------------------- 6.376 123133341123133341O R A B C O R A B C O -------------------- 5.38 72930323534129303235341O R Q A O R Q A O -------------------- 5.48关键字1问题重述下图为某县的乡(镇)、村公路网示意图,公路边的数字为该路段的公里数。