最短路径与选址问题.ppt

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最短路径与选址问题 最短路径问题 选址问题 对于许多地理问题,当它们被抽象为图论意义下的网络图时,问题的核心就变成了网络图上的优化计算问题。其中,最为常见的是关于路径和顶点的优选计算问题。 在路径的优选计算问题中,最常见的是最短路径问题;而在顶点的优选计算问题中,最为常见的是中心点和中位点选址问题。 “纯距离”意义上的最短路径 例如,需要运送一批物资从一个城市到另一个城市,选择什么样的运输路线距离最短? “经济距离”意义上的最短路径 例如,某公司在10大港口C1,C2,…,C10设有货栈,从Ci到Cj之间的直接航运价格,是由市场动态决定的。如果两个港口之间无直接通航路线,则通过第三个港口转运。那么,各个港口之间最廉价的货运线路是什么? 一、最短路径问题 (一)最短路径的含义 “时间”意义上的最短路径 例如,某家经营公司有一批货物急需从一个城市运往另一个城市,那么,在由公路、铁路、河流航运、航空运输等4种运输方式和各个运输线路所构成的交通网络中,究竟选择怎样的运输路线最节省时间? 以上3类问题,都可以抽象为同一类问题,即赋权图上的最短路径问题。 不同意义下的距离都可以被抽象为网络图中边的权值。 权——这种权值既可以代表“纯距离 ”,又可以代表“经济距离 ”,也可以代表“时间距离 ”。 (二)最短路径的算法 标号法 1959年E.W.Dijkstar 提出的标号法是最短路径问题最好的求解方法 。 标号法优点 不仅可以求出起点到终点的最短路径及其长度,而且可以求出起点到其他任何一个顶点的最短路径及其长度;同时适用于求解有向图或无向图上的最短路径问题。. 标号法的基本思想 设G是一个赋权有向图,即对于图中的每一条边,都赋予了一个权值。在图G中指定两个顶点,确定为起点和终点,不妨设v1为起点,vk为终点。 首先从v1开始,给每一个顶点标一个数,称为标 号。这些标号,又进一步区分为T标号和P标号两种类型。其中,每一个顶点的T标号表示从起点v1到该点的最短路径长度的上界,这种标号为临时标号;P标号表示从v1到该点的最短路长度,这种标号为固定标号。 在最短路径计算过程中,对于已经得到P标号的顶点,不再改变其标号;对于凡是没有标上P标号的顶点,先给它一个T标号;算法的每一步就是把顶点的T标号逐步修改,将其变为P标号。 那么,最多经过k-1步,就可以求得到从起点v1到每一个顶点的最短路径及其长度。 标号法具体计算步骤 ① 如果刚刚得到P标号的点是vi,那么,对于所有这样的点 将其T标号修改为:min[T(vj),P(vi)+wij]。 ② 若G中没有T标号,则停止。否则,把点 的T标号修改为P标号,然后再转入①。 其中, 满足 开始,先给v1标上P标号P(v1)= 0,其余各点标上T标号T(vj)=+∞(j≠1)。 例1:在图10.2.1所示的赋权有向图中,每一个顶点vi(i=1,2,…,n)代表一个城镇;每一条边代表相应两个城镇之间的交通线,其长度用边旁的数字表示。试求城镇v1到v7之间的最短路径。 图10.2.1 赋权有向交通网络图 解:首先给v1标上P标号P(v1)=0,表示从v1到v1的最短路径为零。其他点(v2,v3,…,v7)标上T标号T(vj)=+∞(j=2,3,…,7)。 第1步:① v1是刚得到P标号的点。因为(v1,v2),(v1,v3),(v1,v4)∈E,而且v2,v3,v4是T标号,所以修改这3个点的T标号为 T(v2)=min[T(v2),P(v1)+w12]=min[ +∞,0+2]=2 T(v3)=min[T(v3),P(v1)+w13 ]= min[ +∞,0+5]=5 T(v4)=min[T(v4),P(v1)+w14 ]= min[ +∞,0+3]=3 ② 在所有T标号中,T(V2)=2最小,于是令P(V2)=2。 第2步:① v2是刚得到P标号的点。因为(v2,v3),(v2,v6)∈E,而且v3, v6是T标号,故修改v3和v6的T标号为 T(v3)=min[T(v3),P(v2)+w23]=min[5,2+2]=4 T(v6)=min[T(v6),P(v2)+w26]=min[+∞,2+7]=

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