假设某山区中有100个村庄,现在要在村庄中建立几个医疗点,方便村民看病。图1中给出这100个村庄的位置及可选道路连接示意图。附件数据的“位置”表单给出了这100个村庄的坐标(单位:米),附件数据的“连接道路”表单给出了可供选择的道路。现在要在100个村庄中建立3个医疗点,并在可选道路中根据需要进行部分道路维修,假定村民看病都选择维修后的道路。 问题1. 如果各村庄村民到医疗点的距离太远,不便于看病,因此站在村民角度出发,希望各村庄村民到医疗点的距离尽量小。如果要使各村庄村民到医疗点的距离总和S1最小,请问这3个医疗点分别建立在何处最好?
时间: 2024-02-26 14:51:46 浏览: 10
这是一个典型的聚类问题,可以使用K-means算法解决。具体步骤如下:
1. 根据给出的100个村庄的坐标,随机选择3个点作为初始医疗点的位置。
2. 对于每个村庄,计算它到三个医疗点的距离,将该村庄归为距离最近的医疗点的簇。
3. 对于每个簇,计算其中所有村庄到该簇的医疗点的距离之和,作为该簇的代价。
4. 将每个簇的代价相加,得到总代价S1。
5. 移动每个医疗点的位置,重新进行第2、3步,直到总代价S1不再变化为止。
最终的结果就是使得各村庄村民到医疗点的距离总和S1最小的医疗点位置。
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假设某山区中有100个村庄,现在要在村庄中建立几个医疗点,方便村民看病。图1中给出这100个村庄的位置及可选道路连接示意图。附件数据的“位置”表单给出了这100个村庄的坐标(单位:米),附件数据的“连接道路”表单给出了可供选择的道路。现在要在100个村庄中建立3个医疗点,并在可选道路中根据需要进行部分道路维修,假定村民看病都选择维修后的道路。 问题1. 如果各村庄村民到医疗点的距离太远,不便于看病,因此站在村民角度出发,希望各村庄村民到医疗点的距离尽量小。如果要使各村庄村民到医疗点的距离总和S1最小,请问
这是一个经典的设施选址问题,可以使用贪心算法来解决。具体来说,可以采用以下步骤:
1. 对于每个村庄,计算它到所有医疗点的距离,并将这些距离按照从小到大的顺序排列。
2. 从距离最小的医疗点开始,依次为每个村庄选择最近的医疗点,直到所有村庄都被覆盖为止。
3. 对于每条连接道路,计算它连接的两个村庄被分配到的医疗点的距离之和,并将这些距离之和作为道路维修的代价。
4. 选择代价最小的一些道路进行维修,使得每个村庄都可以通过维修后的道路到达其分配的医疗点。
5. 计算所有村庄到其分配的医疗点的距离之和S1,这个值即为最小化村民到医疗点距离的最小代价。
需要注意的是,这个贪心算法并不一定能得到全局最优解,但是实际上它的表现通常是比较好的,而且计算代价的复杂度也比较低。如果需要更高精度的结果,可以考虑使用其他方法,比如整数规划或者模拟退火算法。
假设某山区中有 100 个村庄,现在要在村庄中建立几个医疗点,方便村民看 病。附件 3 中给出了这 100 个村庄的坐标以及可供选择的道路以及道路距离。现在要在 100 个村庄中建立 3 个医疗点,并在可选 道路中根据需要进行部分道路维修,假定村民看病都选择维修后的道路。 问题 1. 如果各村庄村民到医疗点的距离太远,不便于看病,因此站在村民 角度出发,希望各村庄村民到医疗点的距离尽量小。如果要使各村庄村民到医疗 点的距离总和 S1 最小,请问这 3 个医疗点分别建立在何处最好?python实现
可以使用 Python 的 scipy 库中的 optimize 模块来实现。具体步骤如下:
1. 定义目标函数:
```python
import numpy as np
def objective(x, dist):
"""
x: 3个医疗点的位置坐标,形如 [(x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)]
dist: 村庄之间的距离矩阵,形如 100x100 的矩阵
"""
s = 0
for i in range(100):
d = np.inf
for j in range(3):
d = min(d, np.sqrt((x[j][0]-dist[i][0])**2 + (x[j][1]-dist[i][1])**2))
s += d
return s
```
其中,x 是三个医疗点的位置坐标,dist 是村庄之间的距离矩阵。
2. 定义约束条件:
```python
from scipy.optimize import LinearConstraint
def constraint(x):
"""
x: 3个医疗点的位置坐标,形如 [(x1, y1), (x2, y2), (x3, y3)]
"""
A = np.zeros((100, 3))
for i in range(100):
for j in range(3):
A[i, j] = np.sqrt((x[j][0]-dist[i][0])**2 + (x[j][1]-dist[i][1])**2)
return LinearConstraint(A, lb=np.ones(100), ub=np.inf*np.ones(100))
```
其中,A 是一个 100x3 的矩阵,表示每个村庄到三个医疗点的距离。
3. 调用 minimize 函数求解:
```python
from scipy.optimize import minimize
# 初始化医疗点的位置
x0 = [(0, 0), (0, 1), (1, 0)]
# 求解
res = minimize(objective, x0, args=(dist,), constraints=constraint(x0))
```
其中,x0 是医疗点的初始位置,dist 是村庄之间的距离矩阵。最终结果保存在 res 变量中,res.x 即为三个医疗点的坐标。
完整代码如下:
```python
import numpy as np
from scipy.optimize import minimize, LinearConstraint
# 读取数据
data = np.loadtxt('附件3.csv', delimiter=',', skiprows=1, usecols=(1,2))
dist = np.zeros((100, 100))
for i in range(100):
for j in range(i+1, 100):
d = np.sqrt((data[i][0]-data[j][0])**2 + (data[i][1]-data[j][1])**2)
dist[i][j] = d
dist[j][i] = d
# 定义目标函数
def objective(x, dist):
s = 0
for i in range(100):
d = np.inf
for j in range(3):
d = min(d, np.sqrt((x[j][0]-dist[i][0])**2 + (x[j][1]-dist[i][1])**2))
s += d
return s
# 定义约束条件
def constraint(x):
A = np.zeros((100, 3))
for i in range(100):
for j in range(3):
A[i, j] = np.sqrt((x[j][0]-dist[i][0])**2 + (x[j][1]-dist[i][1])**2)
return LinearConstraint(A, lb=np.ones(100), ub=np.inf*np.ones(100))
# 初始化医疗点的位置
x0 = [(0, 0), (0, 1), (1, 0)]
# 求解
res = minimize(objective, x0, args=(dist,), constraints=constraint(x0))
print('最小距离总和为', res.fun)
print('最佳医疗点为', res.x)
```