Информационная карта
5013Информационная 5418 Исходящий 7992 Инвентарный 5436 Инвентарный
картаАИП номер,дата номерФАП номерВНТИЦ
ИКАП———— —————————————— ——————————————— ———————————————
| 50 | | | | | | |
———— —————————————— ——————————————— ———————————————
7839Тип ЭВМ 7902 Типи версия ОС 5715 Инструмен- 7848 Оперативная
тальноеПО память
——————————— —————————————————— ——————————————— ——————————————
| | | | | | | |
——————————— —————————————————— ——————————————— ——————————————
7965РазновидностьПС 73 Библиотекапрограмм 5679Код программыпо
46Программныймодуль 82 Программнаясистема ЕСПД
55Программа 91 Программныйкомплекс ————————————————
64 Пакетпрограмм 28Информационнаяструктура | |
19Комплект программ 37 Прочее | |
————————————————
7884Объем программы————————————— 7362 Срок окончания ———————————————
| | разработки | |
————————————— ———————————————
7947Описание программы ————————— 4956 Распространение 4511 Сертифика-
| | ПП ция
7956Описаниеприменения|—————————| 35 Организация- 34 Сертифициро-
| | разработчик вана
|—————————|
7974РТО | | 44 Организация, 43 Несертифици-
————————— ведущаяФАП рована
Сведенияоб организации,представляющейАИП во ВНТИЦ
2457Код ОКПО 2934 Телефон 2394 Телефакс 2754 Город
—————————————— —————————————— ————————————— ———————————————————
—————————————— —————————————— ————————————— ———————————————————
1332Сокращенноенаименованиеминистерства(ведомства) 2403 Код ВНТИЦ
————————————————————————————————————————————————————— ———————————————
————————————————————————————————————————————————————— ———————————————
2151Полное наименованиеорганизации
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
| |
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
2358Сокращенноенаименованиеорганизации —————————————————————————————
—————————————————————————————
2655Адрес организации
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
| |
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
Сведенияоб организации-разработчике
2988Телефон 3087 Телефакс 2781 Город
—————————————— ————————————— ————————————————————————————————————
—————————————— ————————————— ————————————————————————————————————
2187Наименованиеорганизации
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
| |
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
2385Сокращенноенаименованиеорганизации —————————————————————————————
| |
—————————————————————————————
2682Адрес организации
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
6183Авторы (разработчикиПС)
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
| |
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
9045Наименованиепрограммы
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
| |
| |
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
9117Реферат
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| |
| —————————————————————|
| |5436 |
| | |
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
Фамилия,инициалы Должность Уч.степень, Подпись МП
звание
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
|Руководитель|6111 |6311 |6210 | |
|организации | | | | |
|—————————————|——————————————————————|——————————|————————————|——————————|
|Руководитель|6120 |6320 |6228 | |
|разр.(ФАП) | | | | |
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
5634Индексы УДК 7434 Дата 7506 Входящийномер
——————————————————————————————————— ———————— ——————————————————————
——————————————————————————————————— ———————— ——————————————————————
5616Коды тематическихрубрик
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
| . . | . | . . | . | . . | . | . . | . | . . |
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
5643Ключевое слово
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
|———————————————————————————————————————————————————————————————————————|
|———————————————————————————————————————————————————————————————————————|
|———————————————————————————————————————————————————————————————————————|
|———————————————————————————————————————————————————————————————————————|
|———————————————————————————————————————————————————————————————————————|
|———————————————————————————————————————————————————————————————————————|
———————————————————————————————————————————————————————————————————————
Введение
Проникновениематематикив экономическуюнауку связанос преодолениемзначительныхтрудностей.В этом отчастибыла “повинна”математика,развивающаясяна протяжениинесколькихвеков в основномв связи с потребностямифизики и техники.Ног главныепричины лежатвсе же в природеэкономическихпроцессов, вспецификиэкономическойнауки.
Большинствообъектов, изучаемыхэкономическойнаукой, можетбыть охарактеризованокибернетическимпонятием сложнаясистема.
Наиболеераспространенопониманиесистемы каксовокупностьэлементов,находящихсяво взаимодействиии образующихнекоторуюцелостность,единство. Важнымкачеством любойсистемы являетсяэмерджентность– наличие такихсвойств, которыене присущи ниодному из элементов,входящих всистему. Поэтомупри изучениисистем недостаточнопользоватьсяметодом ихрасчлененияна элементыс последующимизучением этихэлементов вотдельности.Одна из трудностейэкономическихисследований– в том, что почтине существуетэкономическихобъектов, которыеможно было бырассматриватькак отдельные(внесистемные)элементы.
Сложностьсистемы определяетсяколичествомвходящих в нееэлементов,связями междуэтими элементами,а также взаимоотношениямимежду системойи средой. Экономикастраны обладаетвсеми признакамиочень сложнойсистемы. Онаобъединяетогромное числоэлементов,отличаетсямногообразиемвнутреннихсвязей с другимисистемами(природнаясреда, экономикадругих страни т. д.). В народномхозяйствевзаимодействуютприродные,технологические,социальныепроцессы, объективныеи субъективныефакторы.
Сложностьэкономикииногда рассматриваласькак обоснованиеневозможностиее моделирования,изучение средствамиматематики.Но такая точказрения в принципеневерна. Моделироватьможно объектлюбой природыи любой сложности.И как раз сложныеобъекты представляютсобой наибольшийинтерес длямоделирования;именно здесьмоделированиеможет датьрезультаты,которые нельзяполучить другимиспособамиисследования.
Потенциальнаявозможностьматематическогомоделированиялюбых экономическихобъектов ипроцессов неозначает, разумеется,ее успешнойосуществимостипри данномуровне экономическихи математическихзнаний, имеющийсяконкретнойинформациии вычислительнойтехнике. И хотянельзя указатьабсолютныеграницы математическойформализуемостиэкономическихпроблем, всегдабудут существоватьеще неформализованныепроблемы, атакже ситуации,где математическоемоделированиенедостаточноэффективно.
1. Краткоеописание моделипоставленнойзадачи
Благодарясвоему широкомуприменению,теория о нахождениикратчайшихпутей в последнеевремя интенсивноразвивается.
Нахождениекратчайшегопути - жизненнонеобходимои используетсяпрактическивезде, начинаяот нахожденияоптимальногомаршрута междудвумя объектамина местности(напр. кратчайшийпуть от домадо академии),такжеиспользуетсяв системахавтопилота,используетсядля нахожденияоптимальногомаршрута приперевозкахкоммутацииинформационногопакета Internet и мн.др.
Кратчайшийпуть рассматриваетсяпри помощинекоторогоматематическогообъекта, называемогографом. Графзадается множествомточек (вершин)и множествомлиний (ребер),соединяющихвсе или частьэтих точек.
Сетевые моделииспользуютсядля решенияследующихзадач:
проектированиегазопровода;
нахождениекратчайшегомаршрута междугородами посети дорог;
определениемаксимальнойпропускнойспособностипри транспортировкинефти;
составлениевременныхграфиков работ и др.
Существуюттри наиболееэффективныхалгоритманахождениякратчайшегопути:
1) алгоритмпостроенияминимальногоосновногодерева. Предполагаетсоединениевсех узлов сетис помощью путейнаименьшейдлины.
2) алгоритмДейкстры.Используетсядля нахождениякратчайшегопути междузаданным исходнымузлом и любымдругим узломсети
3) алгоритм Флойда.Используетсядля нахожденияоптимальногомаршрута междулюбыми двумяузлами сети.
Основныеопределения
Сеть состоитиз множестваулов, связанныхдугами (илиребрами). Такимобразом, сетьописываетсяпарой множеств(N,A), гдеN – множествоузлов, а A– множестворебер. Например,сеть, показаннаяна рис. 1, описываетсяслед образом.
N = {1, 2, 3, 4, 5},
A = {(1, 3), (1, 2), (2, 3), (2, 4), (2,5), (3, 4), (3, 5), (4, 5)}.
С каждым типомсети связанопределенныйтип потоков(например,транспортныйпоток нефтив нефтепроводахили автомобильныепотоки в сетидорог). В общемслучае потокив сети ограниченыпропускнойспособностьюее ребер, котораяможет быть какконечной, таки бесконечной.
Ребро называетсянаправленным,или ориентированным(и в этом случаеребро будемназывать дугой),если в одномнаправлениивозможен толькоположительныйпоток, а в противоположном– только нулевой.В ориентированнойсети все ребраориентированы.
Путем называетсяпоследовательностьразличныхребер, соединяющихдва узла, независимоот направленияот направленияпотока в каждомребре. Путьформирует цикл,если начальныйи конечный узлысовпадают.Например, нарис. 2 ребра (2, 3),(3, 4) и (4, 2) составляютцикл. Ориентированныйцикл – это цикл,в котором вседуги ориентированыв определенномнаправлении.
Связная сеть– такая сеть,у которой любыедва узла связаныпо крайней мереодним путем.На рис. 1 показанименно такойтип сети и неимеющий циклов.Остовное дерево– это дерево,содержащаявсе узлы сети.На рис. 2 показаныдерево и Остовноедерево для сетииз рис. 1.
2. Математическаяформулировказадачи, обоснование
Алгоритм Флойданаходит кратчайшийпуть междулюбыми двумяузлами сети.В этом алгоритмесеть представленав виде квадратнойматрицы с nстроками и nстолбцами.Элемент (i,j) равенрасстояниюdij отузла i к узлуj, котороеимеет конечноезначение, еслисуществуетдуга (i ,j),и равен бесконечностив противномслучае.
Покажем сначалаосновную идеюметода Флойда.Пусть есть триузла i, jи k и заданырасстояниямежду ними(рис. 3). Если выполняетсянеравенствоdij+ djkik,то целесообразнозаменить путьi → k путемi → j →k. Такаязамена (далееее будем условноназывать треугольнымоператором)выполняетсясистематическив процессевыполненияалгоритмаФлойда.
Алгоритм Флойдатребует выполненияследующихдействий.
Шаг 0. Определяемначальнуюматрицу расстоянийD0 и матрицупоследовательности
узлов S0.Диагональныеэлементы обеихматриц помечаютсязнаком “ – “,
показывающим,что эти элементыв вычисленияхне участвуют.Полагаем k=1.
Основной шаг.Задаем строкуk и столбецk как ведущуюстроку и ведущийстолбец.
Рассматриваемвозможностьприменениятреугольногооператора ковсем элементамdijматрицы Dk-1.Если выполняетсянеравенство
dij+ djkik(i ≠k, j≠k,i ≠j),
тогда выполняемследующиедействия :
создаем матрицуDkпутем заменыв матрице Dk-1элемента dijна сумму dij+ djk,(рис. 4)
создаем матрицуSkпутем заменыв матрице Sk-1элемента sijна k. Полагаемk=k+1 иповторяют шагk. (рис. 5)
– | d12 | … | d1j | … | d1n |
d21 | – | … | d2i | … | d2n |
. . . | . . . | . . . | . . . | . . . | . . . |
di1 | di2 | … | dij | … | din |
. . . | . . . | . . . | . . . | . . . | . . . |
dn1 | dn2 | … | dnj | … | – |
рис.4
– | 2 | … | j | … | n |
1 | – | … | j | … | n |
. . . | . . . | . . . | . . . | . . . | . . . |
1 | 2 | … | j | … | n |
. . . | . . . | . . . | . . . | . . . | . . . |
1 | 2 | … | j | … | – |
рис.5
После реализацииn шаговалгоритмаопределениепо матрицамDnи Snкратчайшегопути междуузлами iи j выполняетсяпо следующимправилам .
Расстояниемежду узламиi и jравно элементуdij вматрице Dn.
Промежуточныеузлы пути отузла i доузла j определяемпо матрице Sn.Пусть sij= k, тогдаимеем путь i→ j → k.Если далее sik= k и ski= j, тогдасчитаем, чтовесь путь определен,так как найденывсе промежуточныеузлы. В противномслучае повторяемописаннуюпроцедуру дляпутей от узлаi к узлу kи от узла kк узлу j.
3. Численноерешение показательногопримера
Найдем длясети, показаннойна рисунке 5,кратчайшиепути междулюбыми двумяузлами. Расстояниямежду узламиэтой сети проставленына рисункевозле соответствующихребер. Ребро(3,5) ориентировано,поэтому недопускаетсядвижение отузла 5 к узлу3. Все остальныеребра допускаютдвижение в обестороны.
Шаг 0. Начальноерешение матрицыD0 и S0строятсянепосредственнопо заданнойсхеме
сети. МатрицаD0 симметрична,за исключениемпары элементовd35 и d53,где d35 = ∞(посколькуневозможенпереход от узла5 к узлу 3).
рис. 8 |
S0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1 | – | 2 | 3 | 4 | 5 |
2 | 1 | – | 3 | 4 | 5 |
3 | 1 | 2 | – | 4 | 5 |
4 | 1 | 2 | 3 | – | 5 |
5 | 1 | 2 | 3 | 4 | – |
рис. 9 |
S1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1 | – | 2 | 3 | 4 | 5 |
2 | 1 | – | 3 | 4 | 5 |
3 | 1 | 2 | – | 4 | 5 |
4 | 1 | 2 | 3 | – | 5 |
5 | 1 | 2 | 3 | 4 | – |
рис. 10 |
S2 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1 | – | 2 | 3 | 2 | 5 |
2 | 1 | – | 3 | 4 | 5 |
3 | 1 | 2 | – | 4 | 5 |
4 | 2 | 2 | 3 | – | 5 |
5 | 1 | 2 | 3 | 4 | – |
рис. 11 |
S3 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1 | – | 3 | 3 | 3 | 5 |
2 | 3 | – | 3 | 4 | 5 |
3 | 1 | 2 | – | 4 | 5 |
4 | 3 | 2 | 3 | – | 5 |
5 | 3 | 3 | 3 | 4 | – |
рис. 12 |
S4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
1 | – | 3 | 3 | 3 | 4 |
2 | 3 | – | 3 | 4 | 4 |
3 | 1 | 2 | – | 4 | 4 |
4 | 3 | 2 | 3 | – | 5 |
5 | 3 | 4 | 3 | 4 | – |
принял | ……………………………………. | Лист | |||
Н.контр. | |||||
Утв. Лист |
МинистерствообразованияРоссийскойФедерации
Департаментобразованияи науки Краснодарскогокрая
Колледж «………………………..»
по предмету:«Математическиеметоды»
на тему:«Нахождениекратчайшегомаршрута междудвумя городамипо существующейсети дорог»
Выполнил:
Студент
Группы……….. …………..
шифр:2203021
Руководитель …………………...
Дата
г. Краснодар
2004
СОДЕРЖАНИЕ |