建立一个数学模型,以确定在500*500的土地上可以种植的最多树木数目,同时满足每棵树占地大于10平方米小于23.7583平方米,树干之间的距离大于5米,且每棵树覆盖面积不重合。请给出你的matlab模型和解释。
时间: 2023-06-25 07:04:33 浏览: 217
首先,我们需要确定可种植的区域。因为每棵树的占地面积不重合,所以我们可以将整个土地分成大小为23.7583平方米的正方形小区域,每个小区域只能种植一棵树。因此,可种植的最多树木数目为:
$$(500/23.7583)^2\approx 90$$
但是,每棵树的占地面积必须大于10平方米,因此我们需要去掉一些不能种植树木的小区域。为了节省时间和计算量,我们可以首先计算出所有可以种植树木的小区域,然后再进行筛选。
我们可以使用一个二维的布尔数组 $A$ 来表示每个小区域是否可以种植树木。如果一个小区域可以种植树木,则 $A_{i,j}=1$;反之,如果不能种植,则 $A_{i,j}=0$。我们可以初始化 $A$ 为全零矩阵,然后遍历每个小区域,判断该小区域是否可以种植树木。
对于每个小区域 $(i,j)$,其左上角坐标为 $(x,y)=(23.7583(i-1)+1,23.7583(j-1)+1)$,右下角坐标为 $(x',y')=(23.7583i,23.7583j)$。我们可以计算出该小区域的面积 $S=(x'-x+1)\times (y'-y+1)$,如果 $S\geq 10$ 且 $S\leq 23.7583$,则该小区域可以种植树木,令 $A_{i,j}=1$,否则 $A_{i,j}=0$。
现在,我们需要去掉一些小区域,使得每棵树之间的距离大于5米。我们可以使用一个二维的布尔数组 $B$ 来表示每个小区域是否可以种植树木。如果一个小区域可以种植树木,则 $B_{i,j}=1$;反之,如果不能种植,则 $B_{i,j}=0$。我们可以初始化 $B$ 为全零矩阵,然后遍历每个小区域,判断该小区域是否可以种植树木。
对于每个小区域 $(i,j)$,如果 $A_{i,j}=1$,则我们需要检查该小区域周围的小区域是否已经种植了树木。具体地,我们需要检查 $(i-1,j),(i+1,j),(i,j-1),(i,j+1),(i-1,j-1),(i-1,j+1),(i+1,j-1),(i+1,j+1)$ 这八个小区域是否存在 $B_{i',j'}=1$。如果存在,则该小区域不能种植树木,令 $B_{i,j}=0$,否则 $B_{i,j}=1$。
现在,我们可以统计 $B$ 中值为1的元素个数,即可得到最多可种植的树木数目。具体的 Matlab 实现代码如下:
```matlab
% 初始化 A 矩阵
A = zeros(ceil(500/23.7583));
% 初始化 B 矩阵
B = zeros(size(A));
% 遍历每个小区域
for i = 1:size(A,1)
for j = 1:size(A,2)
% 计算该小区域的左上角和右下角坐标
x = 23.7583*(i-1)+1;
y = 23.7583*(j-1)+1;
x1 = x+23.7583-1;
y1 = y+23.7583-1;
% 计算该小区域的面积
S = (x1-x+1)*(y1-y+1);
% 判断该小区域是否可以种植树木
if S>=10 && S<=23.7583
A(i,j) = 1;
end
end
end
% 遍历每个小区域
for i = 1:size(B,1)
for j = 1:size(B,2)
% 如果该小区域可以种植树木
if A(i,j)==1
% 判断该小区域周围是否已经种植了树木
flag = 1;
if i>1 && j>1 && B(i-1,j-1)==1
flag = 0;
end
if i>1 && B(i-1,j)==1
flag = 0;
end
if i>1 && j<size(B,2) && B(i-1,j+1)==1
flag = 0;
end
if j>1 && B(i,j-1)==1
flag = 0;
end
if j<size(B,2) && B(i,j+1)==1
flag = 0;
end
if i<size(B,1) && j>1 && B(i+1,j-1)==1
flag = 0;
end
if i<size(B,1) && B(i+1,j)==1
flag = 0;
end
if i<size(B,1) && j<size(B,2) && B(i+1,j+1)==1
flag = 0;
end
% 如果该小区域周围没有种植树木,则该小区域可以种植树木
if flag==1
B(i,j) = 1;
end
end
end
end
% 统计 B 矩阵中值为1的元素个数
max_num = sum(B(:)==1);
disp(['最多可以种植 ',num2str(max_num),' 棵树木']);
```
注意,在计算面积时,我们需要将小数部分向上取整,以保证每个小区域的面积都是23.7583平方米。
阅读全文