43496

Исследование и программная реализация методов алгоритмов теории графов

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

Реализовать выбранный алгоритм на языке Pscl желательно использовать представление графа списками. Пояснительная записка включает в себя 23 страницы текста рисунок исходного графа рисунок МОД схему алгоритма 2 использованных источника. Данная программа позволяет: Ввести граф используя матрицу длин дуг; Получить матрицу задающую минимальное остовное дерево; Провести тестирование алгоритма; Введение Во многих прикладных задачах теории графов важно иметь возможность сопоставить ребрам графа определенные числа которые соответствуют...

Русский

2013-11-06

115 KB

24 чел.

10

PAGE  17

Министерство образования Российской Федерации

ГОУВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Кафедра: системотехники

ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА

ИСЛЕДОВАНИЕ

МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ТЕОРИИ ГРАФОВ

Курсовая работа

Пояснительная записка

(ИТ. 000000.000 КР)

                                                                          Руководитель:                     

                                        Иванилова Т.Н.

                                                                                                                ______________________________

                                                                                                                     дата                      оценка                 роспись

                             Выполнил:

                                               Студент группы 21-6

                                       Идельсон  С.Е.                                                                                                                                                        

                                                                                                              ______________________________   

                                                                                                                     дата сдачи                                   роспись

Сибирский государственный технологический университет

Кафедра: системотехники

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ ПО ДИСКРЕТНОЙ МАТЕМАТИКЕ

Студент       Идельсон Сергей Евгеньевич

Факультет  ФАИТ Группа 21-6

Тема:  Исследование и программная реализация методов алгоритмов теории графов.

Вариант 6   

   Иметься n городов, соединенных сетью дорог. Заданы длины участков дорог между парами городов. Спроектировать структуру телефонной сети с минимальной стоимостью затрат на ее строительство, если считать что стоимость  участка сети между двумя городами пропорциональна расстоянию между ними.

Предложенную задачу сформулировать в терминах теории графов и подобрать соответствующий алгоритм.

Реализовать выбранный алгоритм на языке Pascal, желательно использовать представление графа списками. Предусмотреть возможность ввода разнообразных входных данных.

Окончательный вариант программы должен отображать смысловую постановку задачи.

Приложить распечатки экранов.

Содержание

Реферат

Введение

1 Деревья в теории графов. Минимальное остовное дерево

2 Решение задачи

2.1 Входная и выходная информация

2.2 Схема алгоритма

2.3 Текст программы

2.4 Протокол контрольного расчета

3 Инструкция по работе с программой

Заключение

Список использованных источников

Реферат

Расчетно-графическая работа представляет собой решение задачи по расчету минимального остовного дерева. Расчет выполнен с помощью языка программирования  Turbo Pascal 7.0 на ПК AMD Athlon XP 1900+.

Пояснительная записка включает в себя 23 страницы текста, рисунок исходного графа, рисунок МОД, схему алгоритма, 2 использованных источника.

Ключевые слова: граф, дерево, минимальное остовное дерево.

Цель работы: овладеть навыками работы  с алгоритмом построения минимального остовного дерева.

Метод исследования – теория графов, алгоритмизация, язык программирования Pascal.

Данная программа позволяет:

  1.  Ввести граф, используя матрицу длин дуг;
  2.  Получить матрицу, задающую  минимальное остовное дерево;
  3.  Провести тестирование алгоритма;

Введение

Во многих прикладных задачах теории графов важно иметь возможность сопоставить ребрам графа определенные числа, которые соответствуют определенным физическим свойствам. Например, если мы желаем использовать граф для представления электрической  цепи, то может быть уместным сопоставлять каждому ребру графа соответствующие сопротивление. Или как в нашем случае, граф может представлять собой сеть городов соединенных дорогами.

1 Деревья в теории графов. Минимальное остовное дерево

Дерево – это связный графа, который не содержит циклов.

Одна из причин, по которой деревья имеют большое значение в прикладных задачах теории графов, связана с тем, что любой связный граф содержит в себе дерево, которое называется деревом покрытия или покрывающим деревом, которое связывает все вершины графа. Помимо этого дерево покрытия обеспечивает удобное множество путей, связывающих любые пары вершин графа.

Остовное дерево (ОД) – любой связный подграф связного графа , содержащий все вершины и являющийся деревом.

Минимальное остовное дерево (МОД) – остовное дерево нагруженного графа с минимальной суммой длин дуг содержащихся в нем.

Для нахождения МОД в программе был использован алгоритм Крускала:

1. Сортируем ребра графа по возрастанию весов.
2. Полагаем, что каждая вершина относится к своей компоненте связности.
3. Проходим ребра в "отсортированном" порядке. Для каждого ребра выполняем:

Если вершины, соединяемые данным ребром, лежат в разных компонентах связности, то объединяем эти компоненты в одну, а рассматриваемое ребро добавляем к минимальному остовному дереву.

Если вершины, соединяемые данным, ребром лежат в одной компоненте связности, то исключаем ребро из рассмотрения.
4. Если есть еще нерассмотренные ребра и не все компоненты связности объединены в одну, то переходим к шагу 3, иначе выход.

2 Решение задачи

2.1. Входная и выходная информация

Для задания нагруженного графа используется матрица длин дуг графа. Размер матрицы задается автоматически при указании количества вершин.  Максимальное количество вершин восемь. Выходная информация это матрица МОД. Она представляет собой квадратную матрицу N x N (где N количество вершин). На пересечении строк и столбцов стоит ноль если вершина не достижима в МОД из вершины определяемой строкой и вес ребра если достижима.

2.3 Текст программы

…………………………………

2.4 Протокол контрольного расчета

Возьмем 7 городов, а длинны дорого зададим матрицей длин дуг. 

0

120

30

25

190

0

170

120

0

0

80

0

0

200

30

0

0

0

180

65

0

25

80

0

0

0

0

80

190

0

180

0

0

75

100

0

0

65

0

75

0

0

170

200

0

80

100

0

0

В результате получим следующий граф

в результате получили матрицу задающую МОД

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

30

0

0

0

0

65

0

25

80

0

0

0

0

80

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

75

0

0

0

0

0

0

0

0

0

МОД:

3 Инструкция по работе с программой

Для работы программы необходимо вводить количество вершин больше одной, но не больше восьми. Для корректной работы программы необходимо вводить не отрицательную длину дорог. Расстояние вводиться в километрах. Если расстояние это не целое число, то округление проводить в большую сторону.

Работа с алгоритмом:

  1.  Ввести количество городов.
  2.  Заполнить последовательно матрицу длин дуг, обращая внимание на номер ячейки, т.к. матрица автоматически вводиться симметрично.
  3.   После появления экрана с графом нажимаем Enter.
  4.  После просмотра матрицы задающей МОД нажимаем Enter.
  5.  Просмотр МОД.
  6.  После нажатия Enter’а выход из программы.

Необходимое программное обеспечение для работы программы:

MS-DOS, MS Windows95/98/Me/2000/XP

Заключение

Программа работает достаточно быстро. Приведенный алгоритм решения поставленной задачи иногда в результате работы программы не всегда дает полностью оптимальное МОД.

В качестве путей развития рассматривается вторая версия программы, которая будет реализована на языке программирования Delphi.  

Список использованных источников

  1.  Иванилова Т.Н. Дискретная математика: Сборник заданий для курсовых работ с примерами выполнения. – Красноярск: СибГТУ, 2004.
  2.  Логинов Б.М. Введение в дискретную математику. – Калуга 1998.


Начало
Zmat

i:=1 ton

j:=1 ton

m[i,j]:=0;

Конец Zmat

Начало Readmat

i:=1 ton

Конец Readmat

:=1

j<=n

да

j=i

inc(j)

m[i,j]

m[j,i]:=m[i,j];              inc(j);

да

Начало Pmat

flag and i<=n-1

Sum:=0

j:=1 to n-1

sum:=sum+m[i,j];

flag:=(sum<>0); inc(i);

да

Конец Pmat

Начало процедуры minot

m:=1; i:=1

i<=n

j:=1

да

j<=n

да

m[i,j]<>gm

inc(w);    E[w,1]:=i;          E[w,2]:=j;

ew[w]:=m[i,j];

mot[i,j]:=gm;   inc(j);

inc(i);

i:=1;

i<m

j:=1

да

j<=m-1

да

ew[j]>=ew[j+1]

t:=ew[j];   ew[j]:=ew[j+1];   ew[j+1]:=t;          k:=e[j,1]; e[j,1]:=e[j+1,1];    e[j+1,1]:=k;          k:=e[j,2]; e[j,2]:=e[j+1,2];    e[j+1,2]:=k;

inc(j);

inc(i);

да

i:=1;

i<=n

q:=n-1;   i:=1;

да

v[i]:=i;  inc(i);

i<=w and q<>0

v[e[i,1]]<>v[e[i,2]]

да

да

t:=v[e[i,2]];  mot[e[i,1],e[i,2]]:=ew[i];   j:=1;             

j<=n

да

v[j]=t

v[j]:=v[e[i,1]];

inc(j);

q:=q-1;

inc(i);

Конец процедуры minot

Начало

N

n>=2 and n<=8

да

Zmat (n,m);

ReadMat (n,m);

Pmat(n,m,f);

not(f)

да

i:=1 ton

j:=1 ton

minot (n,m,mot)

mot[i,j],'  '

WriteLn

DrawGraph(n,mot);

Конец

DrawGraph(n,m);

1

3

5

6

4

2

7

1

3

5

6

4

2

7


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18455. ФЕДЕРАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО РОССИИ 261.5 KB
  ТЕМА 17. ФЕДЕРАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО РОССИИ 17.1. Основные этапы развития российского федерализма 17.2. Общая характеристика и основные принципы федеративного устройства России их особенности 17.3. Предметы ведения и полномочия РФ и ее субъектов 17.4. Правовой статус ...
18456. ОБЩЕСТВО, ПОЛИТИЧЕСКАЯ ВЛАСТЬ, ГОСУДАРСТВО. ПОЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБЩЕСТВА 177.53 KB
  ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ О ПРАВЕ ТЕМА 1. ОБЩЕСТВО ПОЛИТИЧЕСКАЯ ВЛАСТЬ ГОСУДАРСТВО. ПОЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБЩЕСТВА. 1.1. Общество 1.2. Определение власти 1.3. Происхождение государства 1.4. Понятие и сущность государства 1.5. Функции государства 1.6. Форма государс...
18457. ПОНЯТИЕ И СОЦИАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ПРАВА 57.63 KB
  ТЕМА 2. ПОНЯТИЕ И СОЦИАЛЬНОЕ НАЗНАЧЕНИЕ ПРАВА 2.1. Понятие права 2.2. Сущность и социальное назначение права 2.3. Соотношение государства и права 2.4. Функции права 2.5. Принципы права Контрольные вопросы Темы рефератов 2.1. Понятие права Право воз
18458. ПРАВО В СИСТЕМЕ СОЦИАЛЬНЫХ НОРМ 49.97 KB
  ТЕМА 3. ПРАВО В СИСТЕМЕ СОЦИАЛЬНЫХ НОРМ 3.1. Социальные нормы и их виды 3.2. Взаимоотношение права и морали 3.3. Моральные нормы юристапрофессионала Контрольные вопросы Темы рефератов 3.1. Социальные нормы и их виды Люди в современном цивилизованном
18459. ПРАВОСОЗНАНИЕ И ЮРИДИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА 70.42 KB
  ТЕМА 4. ПРАВОСОЗНАНИЕ И ЮРИДИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА 4.1. Понятие правосознания и его функции 4.2. Основные виды правосознания 4.3. Правовое воспитание 4.4. Правовая культура Контрольные вопросы Темы рефератов 4.1. Понятие правосознания и его функции Будучи
18460. НОРМА ПРАВА 110.03 KB
  ТЕМА 5. НОРМА ПРАВА 5.1. Понятие и характерные черты норм права 5.2. Структура норм права 5.3. Виды норм права Контрольные вопросы Темы рефератов 5.1. Понятие и характерные черты норм права Правовая норма это исходный элемент первичная клеточка права....
18461. ИСТОЧНИКИ ПРАВА 84.52 KB
  ТЕМА 6. ИСТОЧНИКИ ПРАВА 6.1. Понятие источника права. Виды источников права 6.2. Понятие и виды законов. Конституция конституционные и обыкновенные законы 6.3. Подзаконные нормативные акты 6.4. Действие нормативного акта во времени в пространстве и по кругу лиц ...
18462. СИСТЕМА ПРАВА 38.6 KB
  ТЕМА 7. СИСТЕМА ПРАВА Контрольные вопросы Темы рефератов Система права это объективное обусловленное системой общественных отношений внутреннее строение национального права заключающееся в разделении единых по своей социальной сущности и назначению в...
18463. ПРАВООТНОШЕНИЯ. Понятие и виды правоотношений 110.67 KB
  ТЕМА 8. ПРАВООТНОШЕНИЯ 8.1. Понятие и виды правоотношений 8.2. Содержание правоотношения 8.3. Юридические факты Контрольные вопросы Темы рефератов 8.1. Понятие и виды правоотношений В процессе реализации права возникают правоотношения урегулирован