数学建模图论模型(1)
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图论一.最短路问题问题描述:寻找最短路径就是在指定网络中两结点间找一条距离最小的路。
最短路不仅仅指一般地理意义上的距离最短,还可以引申到其它的度量,如时间、费用、线路容量等。
将问题抽象为赋权有向图或无向图G ,边上的权均非负 对每个顶点定义两个标记(()l v ,()z v ),其中:()l v :表示从顶点到v 的一条路的权 ()z v :v 的父亲点,用以确定最短路的路线S :具有永久标号的顶点集1.1Dijkstra 算法:即在每一步改进这两个标记,使最终()l v 为最短路的权 输入:G 的带权邻接矩阵(,)w u v 步骤:(1) 赋初值:令0()0l u =,对0v u ≠,令()l v =∞,0={u }S ,0i =。
(2) 对每个(\)i i i v S S V S ∈=(即不属于上面S 集合的点),用min{(),()()}iu S l v l u w uv ∈+代替()l v ,这里()w uv 表示顶点u 和v 之间边的权值。
计算min{()}iu S l v ∈,把达到这个最小值的一个顶点记为1i u +,令11{}i i i S S u ++=⋃。
(3) 若1i V =-,则停止;若1i V <-,则用1i +代替i ,转(2)算法结束时,从0u 到各顶点v 的距离由v 的最后一次编号()l v 给出。
在v 进入i S 之前的编号()l v 叫T 标号,v 进入i S 之后的编号()l v 叫P 标号。
算法就是不断修改各顶点的T 标号,直至获得P 标号。
若在算法运行过程中,将每一顶点获得P 标号所由来的边在图上标明,则算法结束时,0u 至各顶点的最短路也在图上标示出来了。
理解:贪心算法。
选定初始点放在一个集合里,此时权值为0初始点搜索下一个相连接点,将所有相连接的点中离初始点最近的点纳入初始点所在的集合,并更新权值。
然后以新纳入的点为起点继续搜索,直到所有的点遍历。
§9.2 循环比赛的排名问题问题:n 支球队参加循环比赛,两两交锋,一场决胜,不容平局,“0、1”打分。
如何排名?1.竞赛图:每对顶点之间有且只有一条有向边相连的有向图;有向边指向负方。
2.路径与完全路径:称有向图),(E V G 的一个顶点序列k i i i i v v v v 210为图),(E V G 的一条步长为k 的路径,若满足:对k j k ≤≤∀1,,均有E v v j j i i ∈-1;若还满足k i i v v =0,则称之为图),(E V G 的一条步长为k 的回(或闭)路径。
而若顶点集V 的一个全排列1210-n i i i i v v v v 构成图),(E V G 的一条路径,也称之为图),(E V G 的一条完全路径。
● 图1中:6431v v v v 、16431v v v v v 、1654321v v v v v v v 、654321v v v v v v ● 子路径、闭的完全路径3.定理:任一)2(≥∀n n 阶竞赛图),(E V G 都存在完全路径。
证明(数学归纳法):1:2=n 时,如图3-0,命题真;2:设k n =时命题真;3:当1+=k n 时,设{}121,,,+=k k v v v v V 为顶点集,记{}k v v v V ,,21~=,~G 为图),(E V G 关于{}k v v v V ,,21~=的生成子图;由归纳假设2,在~G 中存在完全路径,不失一般性,设k k v v v v 121...-为~G 中的一条完全路径,考虑顶点1+k v 与{}k v v v V ,,21~=的邻接关系,有如下三种情形:图3-1:k k k v v v v v 1211...-+为G 中的一条完全路径;图3-2:1121...+-k k k v v v v v 为G 中的一条完全路径图3-3:k k i k i v v v v v v v 11121......-+-为G 中的一条完全路径。