42068

Определение кратчайшего пути между вершинами ориентированного графа с циклами

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Длины дуг могут определять различные характеристики: расстояние стоимость время пропускную способность и т. Определить наикратчайший путь между вершиной 1 и вершиной 7 на графе с циклами представленном на рис. Рис. Матрица транспортных расходов соответствующая данному графу представлена на рис.

Русский

2013-10-27

2.43 MB

73 чел.

Лабораторная работа 3_2. Определение кратчайшего пути между вершинами ориентированного графа с циклами.

Сеть (граф) состоит из множества вершин (узлов) и множества дуг (ребер), соединяющих вершины. Длины дуг могут определять различные характеристики: расстояние, стоимость, время, пропускную способность и т.д. С помощью сетевых моделей можно поставить и решить большое число практически важных задач ИО. Такие задачи можно сформулировать решить как задачи линейного программирования. Но, учитывая их специфику, разработаны более эффективные методы решения.

Пример. Определить наикратчайший путь между вершиной 1 и вершиной 7 на графе с циклами, представленном на рис.1.

Рис.1

Для решения задачи в процедуре EXCEL «Поиск решения», представим ее как транспортную задачу с промежуточными пунктами. Будем считать, что транспортные расходы при перевозке одной единицы груза равны (в условных единицах) расстояниям между вершинами. Одна единица груза отправляется из вершины 1 (исходный пункт) и должна прибыть в вершину 7 (пункт назначения). Вершины 2, 3, 4, 5, 6 рассматриваются как промежуточные пункты, которые являются одновременно и исходными пунктами и пунктами назначения.

Требуется определить такую последовательность вершин, по которым должна перемещаться единица груза, отправленная из вершины 1, при которой стоимость транспортных расходов будет минимальна и груз попадет в вершину 7.

Так как транспортные расходы при перемещении груза из одной вершины в другую равны расстоянию между вершинами, то последовательность вершин, при которой транспортные расходы будут минимальными, определяет наикратчайший путь из вершину 1 в вершину 7. Матрица транспортных расходов, соответствующая данному графу, представлена на рис.2.


Исходные

пункты

Пункты назначения

Количество груза

2

3

4

5

6

7

отправ. из пункта

1

2

4

4

3

М

М

1

2

0

М

3

М

2

М

0

3

М

0

5

9

М

М

0

4

5

4

0

5

14

М

0

5

М

4

3

0

4

25

0

6

6

М

13

6

0

4

0

Колич. груза прибыв.в пункт

0

0

0

0

0

1

Рис.2

Буквой М обозначается случай, когда между соответствующими вершинами нет пути. В качестве М берут число, значительно большее самого большего пути. В данной задаче наибольший путь между 5-й и 7-ой вершинами, поэтому можно взять, например, М=50. Для промежуточных пунктов 2, 3, 4, 5, 6 должны быть предусмотрены буферные емкости В. Буферная емкость должна быть не меньшей, чем количество груза, которое перемещается в сети, описываемой графом. В данной задаче В=1. После введения буферных емкостей в первый столбец и нижнюю строку таблицы и замены М=50, получим транспортную задачу, представляющую задачу о назначениях (Рис.3).

Исходные

Пункты назначения

Количество груза

пункты

2

3

4

5

6

7

отправ. из пункта

1

2

4

4

3

50

50

1

2

0

50

3

50

2

50

1

3

50

0

5

9

50

50

1

4

5

4

0

5

14

50

1

5

50

4

3

0

4

25

1

6

6

50

13

6

0

4

1

Колич. груза прибыв.в пункт

1

1

1

1

1

1

Рис.3

Последовательные преобразования матрицы транспортных расходов показаны на рис.4а, 4б, 4в.

2

3

4

5

6

7

2

3

4

5

6

7

1

2

4

4

3

50

50

0

2

2

1

48

48

2

0

50

3

50

2

50

0

50

3

50

2

50

3

50

0

5

9

50

50

50

0

5

9

50

50

4

5

4

0

5

14

50

5

4

0

5

14

50

5

50

4

3

0

4

25

50

4

3

0

4

25

6

6

50

13

6

0

4

6

50

13

6

0

4

Рис. 4а

Рис. 4б

2

3

4

5

6

7

2

3

4

5

6

7

1

0

2

2

1

48

44

0

1

1

0

47

43

2

0

50

3

50

2

46

0

49

2

49

1

45

3

50

0

5

9

50

46

51

0

5

9

50

46

4

5

4

0

5

14

46

6

4

0

5

14

46

5

50

4

3

0

4

21

51

4

3

0

4

21

6

6

50

13

6

0

0

6

50

13

6

0

0

Рис. 4в

Рис.5

На рис.4б показаны результаты вычитания минимального элемента первой строки (он равен 2) из первой строки, на рис.4с приведены результаты вычитания минимального элемента из шестого столбца (он равен 4) и результат вычеркивания строк и столбцов с нулями. На рис.5 показаны результаты вычитания минимального элемента (он равен 1) из невычеркнутых элементов, и результат вычеркивания строк и столбцов второй раз.

На рис.6 приведены окончательные результаты преобразования и результаты допустимого выбора из множества нулей.

0

0

0

0

46

42

0

48

1

48

0

44

52

0

5

10

50

46

7

4

0

6

14

46

51

3

2

0

3

20

8

50

13

7

0

0

Рис.6

Перенеся эти результаты на исходную таблицу (рис.2), получим новую таблицу (рис.7).

Исход.

Пункты назначения

Количество груза

пункты

2

3

4

5

6

7

отправ. из пункта

1

2

4

4

3

М

М

1

2

0

М

3

М

2

М

0

3

М

0

5

9

М

М

0

4

5

4

0

5

14

М

0

5

М

4

3

0

4

25

0

6

6

М

13

6

0

4

0

Колич. груза прибыв.в пункт

0

0

0

0

0

1

Рис.7

Наикратчайший путь из вершины 1 в вершину 7 определяется следующей траекторией:

1 2 6 7

Длина наикратчайшего пути равна: 2+2+4=8.

II. Решение задачи в процедуре EXCEL  «Поиск решения»

1) Ввод данных. Переносим данные задачи в EXCEL. Результаты заполнения таблицы EXCEL можно увидеть на рис.8:

Рис.8

В ячейках B4:G9 введены длины путей из исходных пунктов в пункты назначения.

Ячейки B12:G17 являются изменяемыми ячейками для нашей процедуры.

В ячейках B18:G18 находятся суммы значений соответствующих столбцов изменяемых ячеек.

в ячейке B18 находится сумма ячеек B12:B17;

в С18 находится сумма ячеек С12:С17;

в D18 находится сумма ячеек D12:D17;

в E18 находится сумма ячеек E12:E17;

в F18 находится сумма ячеек F12:F17;

в G18 находится сумма ячеек G12:G17.

В ячейках H12:H17 находятся суммы значений соответствующих строк изменяемых ячеек.

в ячейке H12 находится сумма ячеек B12 : G12;

в H13 находится сумма ячеек B13:G13;

в H14 находится сумма ячеек B14:G14;

в H15 находится сумма ячеек B15:G15;

в H16 находится сумма ячеек B16:G16;

в H17 находится сумма ячеек B17:G17.

Целевая функция заносится в ячейку I3 и вычисляется по формуле «СУММПРОИЗВ (B4:G9 ; B12:G17)».

2) Заполнение окна процедуры «Поиск решения». 

целевая функция : I3;

значение целевой функции : min;

изменяемые ячейки: B12:G17;

ограничения задачи :

B18:G18 = 1 и H12:H17 = 1;

B12 : G17  0 (ячейки должны иметь положительные значения).

В окне «Параметры» установить «Линейная модель», что соответствует решению задачи симплекс-методом. Результаты заполнения окна показаны на рис.9:

Рис.9

  1.  Выполнив процедуру «Поиск решения» в первоначальной таблице (рис. 8) получим следующие результаты (рис.10):

Рис. 10

Путь минимальной длины:1 2 6 7, длина = 8. Эти результаты совпадают с решением данной задачи преобразованием матрицы транспортных расходов, приведенным выше.

Контрольные упражнения.  Задания.

  1.  Представить задачу об определении кратчайшего пути как транспортную с промежуточными пунктами.  Составить матрицу задачи и решить ее как транспортную, используя  процедуру поиска решения Excel/
  2.  Рассмотреть задачу из п.1 как задачу о назначениях и решить ее, используя преобразование матрицы стоимости.


Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

47228. Экологизация школьного курса географии в аспекте загрязнения гидросферы 115.5 KB
  Загрязнение воды в настоящее время является проблемой угрожающей всему человечеству. Обеззараживание питьевой воды проводится для уничтожения в загрязненной воде используемой человеком возбудителей заболеваний передающихся водным путем и для предупреждения передачи кишечных инфекций через воду. С питьевой водой в организм человека могут попасть всевозможные микробы возбудители многих инфекционных и паразитарных заболеваний: холера брюшной тиф дракункулез лямблиоз вирусный гепатит полиомиелит дизентерия сальмонеллезы шистосомозы и...
47229. Цифровые лаборатории как средство современного школьного химического образования 362.97 KB
  Компьютерные модели в обучении химии. Компьютерные модели макромира. Компьютерные модели в обучении химии Среди различных типов педагогических программных средств многие авторы особо выделяют те в которых используются компьютерные модели.
47230. Экологизация в учебно-воспитательной работе 70 KB
  Ход мероприятия: 1 Действие На сцене край леса. А есть еще природы храм С лесами тянущими руки Навстречу солнцу и ветрам. Ты же видишь мы свои Ученик 3: Привет тебе мой край родной С твоими темными лесами...
47231. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ФИНАНСОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СИБИРСКОГО БАНКА СБЕРБАНК РОССИИ 386.12 KB
  Многообразие факторов, оказывающих влияние на результаты деятельности коммерческих банков, определяет необходимость рассмотрения этих результатов в процессе их исследования как многофункциональной и многоцелевой экономической системы.
47232. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ ПАРКОВ ВОЙСКОВЫХ ЧАСТЕЙ 1.21 MB
  ТРЕБОВАНИЯ ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЬЕКТОВ ВООРУЖЕНЯ И ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ РВСН 1. Но требования обеспечения экологической безопасности существенно и принципиально расширяют представление о качестве и не всегда связывают его с целевым назначением объекта. Для оценки степени экологической безопасности объекта вполне пригоден показатель ресурсной эффективности выраженный отношением полученных результатов к использованным ресурсам. Необходимо учитывать что в условиях использования больших технических систем концепция абсолютной...
47233. Предсказание коммуникационных расходов параллельных программ 205 KB
  Параллельное программирование На сегодняшний день параллельные вычислительные системы дают наибольшую производительность в решении задач требующих большого количества вычислений часто на больших объемах данных. MPI. Самая распространенная реализация модели передачи сообщений это стандарт MPI Messge Pssing Interfce описывающий ряд функций для обмена данными между отдельными процессами или внутри...
47234. Метод обнаружения удаленных атак 331 KB
  АНАЛИЗ УДАЛЕННЫХ АТАК СЕТЕВАЯ безопасность ПРОТОКОЛЫ TCP IP ОБНАРУЖЕНИЕ АТАК Настоящая дипломная работа содержит результаты анализа удаленных атак и разработку Далее краткая сводка о выполненной работе.
47235. Гидропневматическая система подрессоривания с лопастным аморитзатором для быстроходной гусеничной машины массой 18 тонн 331.88 KB
  напрямую влияет на точность стрельбы с ходу и скорость машины на марше. Колебания кузова машины обуславливают появление толчков и ударов возникающих при ее движении по неровностям утомляют водителя снижают остроту восприятия им быстроменяющихся условий движения. ГПР представляет из себя двухтрубную конструкцию расположенную горизонтально вдоль борта машины. ГПП оснащена автоматом разгрузки предназначенным для защиты упруго элемента пневмоцилиндра от сжатия его высоким давлением жидкости в процессе подъёма машины при увеличении клиренса.