交通工程系统分析实验指导书

《交通工程系统分析》——实验指导书指导教师：李文勇2015、3《交通工程系统分析》实验内容1．实验要求（1）熟悉线性规划问题求解方法；（2）熟悉非线性规划问题求解方法；掌握一维搜索方法；（3）了解运输问题、整数规划问题、资源分配问题的求解；（4）掌握最小树、最短路和最大流问题的求解；（5）掌握排队论问题的求解方法；（6）掌握预测方法在交通工程中的应用；2、实验内容（1）线性规划问题求解（单纯形法与对偶单纯形法、运输问题、整数规划问题、资源分配问题）；（2）非线性规划问题求解（一维搜索C语言求解程序编写）；（3）最小树、最短路和最大流问题求解（4）排队系统分析（5）预测方法在交通工程中的应用（6）考核实验一、线性、非线性规划问题求解一、实验目的：1、熟悉交通运营管理中的线性规划问题的求解方法（单纯形法）；2、掌握单纯形法与对偶单纯行形法；3、了解运输问题、整数规划问题、资源分配问题的求解。

4、掌握无约束一维非线性规划问题的求解方法；5、掌握一维搜索求解方法；6、掌握C 语言中函数指针传递的方法；7、了解非线性规划（有约束、无约束问题）的求解方法。

二、实验内容：1、使用运用运筹学分析软件LP-ILP 模块进行线性规划问题的求解；2、使用运用运筹学分析软件进行特殊线性规划运输问题、整数规划问题、资源分配问题的求解。

3、编写一维搜索的区间求解函数；4、编写一维搜索的搜索过程函数。

5、运用运筹学分析软件NLP 模块进行非线性规划问题的求解。

例1： 4321432x x x x Z M I N +++= ..t s203224321≥+++x x x x 202324321≥+++x x x x0,,,4321≥x x x x答案：3/101=x ，3/402=x ，其它为0，30=z例2：某厂拟生产甲、乙、丙三种产品，都需要在A 、B 两种设备上加工，有关数据如下表所示：(1) 如何充分发挥设备能力，使产品总产值最大?(2) 若为了提高产量，以每台时350元租金租用外厂A 设备，问是否合算？ 例3：Max z=15x 1+10x 2+7x 3 s.t.5x 1-10x 2+7x 3<=86x 1+4x 2+8x 3<=12 -3x 1+2x 2+2x 3<=10x 1,x 2,x 3>=0为整数例4：某公司设有三个加工厂A1、A2、A3和四个门市部B1、B2、B3。

各加工厂的产量和各门市部的销量（单位：t ）及从各加工厂到各门市部的单位运价（单位：元/t ）如表1所示。

在满足各门市部销售需求的情况下，如何进行调运使总的运输支出最少？表1例5：有四个工人，要分别指派他们完成四项不同的工作，每人做各项工作所消耗的时间如表1所示，问应如何指派工作，才能使总的消耗时间为最少。

例6：10,102)(02==+-=h x x x x f MIN%5=ε 精确答案：75.1)(,5.0**==x f x例7： 求解2221)1()1()(-+-=x x X f要求：%10=ε精确解为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=00*X ， 0)(*=X f例8 Min （x1-3）^2 + (x2-2)^2 S.t x1+x2-4=0三、实验要求：（1）用管理运筹学软件求解实验内容，并记录结果；（2）运用C 语言编程，并使用函数调用方式（指针传递）实现参数传递。

（3）对结果作适当分析； （4）完成实验报告。

实验二、最小树、最短路、最大流问题求解一、实验目的：1、掌握求解交通线网规划中的最小树问题求解方法；2、掌握求解交通分配中的最短路问题求解方法；3、掌握求解交通运输规划管理中的最大流问题求解方法；4、了解避圈法求解最小树问题的方法；5、掌握FLOYD法求解最短路问题的方法。

二、实验内容：1．运筹学分析软件NET模块进行最小树、最短路经和最大流问题的求解；2．运用编写避圈法求解最小树问题C语言程序；3．编写FLOYD法求解最短路问题的C语言程序。

（第2、3选一）最小树问题求解方法：T；建立空边集图=V(Φ),While（T中所含边数小于n－1）{从E中选取当前最短边（u，v）；从E中删除边（u，v）；if（（u，v）并入T中，并不产生回路，将（u，v）并入T中；}FLOYD法求解最短路问题的C语言参考程序：FLOYD(A,C)Float A[][n], C[][n];{for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<=n;j++){if(C[i][j]!=max) path[i][j]=j;else path[i][j]=0;A[i][j]=C[i][j];}for(k=0;k<=n;k++)for(i=0;i<n;i++)for(j=0;j<=n;j++){if(A[i][j]>A[i][k]+A[k][j]){A[i][j]>A[i][k]+A[k][j];path[i][j]=path[i][k];}}三、实验要求：（1）运用C语言编程，交通网络输入采用文件方式；（2）对结果作适当分析；（3）完成实验报告。

例1：最小树问题图1 例2：最短路问题图2 例3：计算最大流分布图3实验三、排对论系统分析一、实验目的：1、熟悉排队论中的数学模型；2、掌握M/M/1、M/M/S排队系统分析方法。

二、实验内容1、运筹学分析软件QA模块进行排队系统问题的求解；2、选作运用C语言编写求解M/M/1和M/M/S排队系统分析程序；例1：小汽车作过境检查，到达平均速度为100辆/小时，是泊松流；检查一辆汽车平均需要15秒钟，为负指数分布。

试求稳态概率P（0），P（1），P（2），和系统中汽车数的期望值L，排队等待的汽车数的期望值Lq，过境检查全部时间的期望值W，等待检查时间的期望值Wq。

例2：小汽车以10辆/小时的速率，按泊松流到达加油站，设服务一辆可划分为5个子工作：（1）询问加油数量；（2）检查油箱；（3）开泵加油；（4）加足给定数量，关泵；（5）向司机收款，设每个子工作为负数指数分布，且相互对立，均值为1/60小时/辆，试求各运行指标。

三、实验要求：1、运筹学分析软件QA模块完成实验算例问题的求解；2、对算例的求解结果进行分析；3、选作编程要求：用户可以选择排队系统形式进行计算；到达和服务方式可以选择；计算结果包括：平均排队系统的平均顾客数和平均等候时间。

4、完成实验报告。

参考公式：教材P111：公式（6—30）——（6—36），（6—42）——（6—45）实验四、预测方法在交通工程中应用一、实验目的：1、了解交通运输系统中的工程可行性分析、方案设计等过程中常用的交通量预测方法；2、掌握时间序列法的预测方法。

二、实验内容：利用EXCEL 进行时间序列（多项式和指数形式）预测；实例：利用下表进行南京市交通量预测南京市历年人口、GDP 与客货运输量南京市：客运量与GDP 8071.0094.57GDP PT = ， 8768.02=R客运量与人口（NP ） 1123814)(181141-=NP Ln PT ， 8785.02=R货运量与GDP 2426.02487GDPFT =, 7808.02=R三、实验要求：（1）完成实验内容中实例的交通预测；并进行预测结果的分析；（2）完成实验报告。

《交通工程系统分析》设计性实验指导书适用于交通工程本科专业一、实验目的与要求通过对城市公交乘客的出行路径选择算法的设计，将使学生在《道路与交通工程系统分析》相关理论学习的基础上，更好地掌握有关城市道路网络的计算机表示方法、最短路径的求解方法，同时也将对学生进行交通规划、公共交通规划等专业知识的学习打下的初步基础。

实验要求学生设计出城市公交线网的计算机表示方法，并基于此设计出具有最短路径（优先选择具有最小换乘的最短路径）的乘客出行路径选择算法。

二、实验基本原理1、城市公交线网的计算机表示方法基于道路网络的邻接矩阵方法的基础上，设计城市公交网络的计算机存储方法。

2、公交出行的最小换乘居民公交出行的优化目标往往将最小换乘最为第一目标。

换乘系数即公交乘客在完成一次出行过程中所换乘的次数。

3、基于最小换乘的居民出行路径算法即基于图论中的最短路径实现算法为基础，实现乘客出行公交站点（起终点）之间的路径选择，并以最小换乘和最短路径（可转换为经历公交站点最少）为目标。

三、实验主要技术要求1）能够实现最小冗余的城市公交网络的计算机存储方法；2）设计出公交乘客的公交出行路径选择算法；算法以最小换乘为第一优化目标，最短距离为第二优化目标。

3）算法以桂林市现有公交线路5条以上作为测试网络。

四、设计性实验任务1、实验课题城市公交乘客的出行路径选择算法设计2、实验设备586以上计算机1台3、实验步骤（1）测试公交线网选择；（2）完成测试公交网络站点等坐标的选取等；（3）公交网络计算机的存储实现；（4）乘客公交出行路径的选择算法设计；（5）算法测试；（6）完成实验报告。

4、成绩评定成绩评定分有公交网络的计算机存储、乘客出行路径选择算法、算法测试及分析报告三部分组成，评定为优、良、中、及格、不及格。

其中公交网络的计算机存储占30％、乘客出行路径选择算法占40％、算法测试及分析报告占30％。

五、实验指导基于“线路”的公交出行路径选择算法1、初始化：先将要查询的起、迄站点r、s保存，判断是否为有效参数，即是否在已有线路站点的数据库中，如果判断为true，则作下面查询的步骤；否则退出程序循环。

2、找出经过起点r的所有线路集合T，经过终点s的所有路线集合P；并依次取出T中的每一条i做如下循环。

3、找出与当前线路i相交并且不在已经查询线路队列的线路集合M，判断集合是否为空？如果非空，则进入步骤4；否则，退出查找。

4、逐条取出集合M中的线路x循环查找：判断当前线路x 是否在终点线路集合P中，如果是，则把查询到的线路集合传入结果构造函数去构造输出结果，并把结果列入输出结果字符串中，在界面显示给用户；如果不是，则把递归层数减1，把当前的线路x放到已经查找的线路集合，并把它从集合M中删除，返回步骤4。

5、返回步骤3继续循环。

《交通工程系统分析》实验考核班级： 交通工程12级（每批考核学时 2学时）考核内容：有如下路网，如图：出行交通量调查表如下：ACF。