针对Sioux Falls网络,其中图1为该网络图,表1为网络相关数据,以弧段长度作为阻抗,利用Matlab软件编程实现Dijkstra算法,通过建立一个函数程序实现如下功能:(1)如果输入网络信息以及指定起点,输出该起点到其他各点的最短路长;(2)如果输入网络信息及指定起终点,输出该起终点最短路长以及相应最短路径。实验报告中需计算出Sioux Falls网络中指定起点至其他起点的最短路长,同时计算出指定起终点最短路径,其中指定起点为:(学号后两位)除以24的余数(如果余数为0则为起点为1);指定终点为:(学号后两位+10)除以24的余数(如果余数为0则终点为1)。
时间: 2024-02-23 17:00:23 浏览: 18
好的,那么我们就可以开始编写Dijkstra算法的Matlab程序了。
首先,我们需要读入Sioux Falls网络的相关数据,包括节点数、弧段数和每条弧段的起点、终点和长度等信息。可以使用Matlab中的readtable函数和readmatrix函数来读取表格和矩阵数据。假设我们已经将该网络的数据存储在了一个名为SiouxFalls.mat的Matlab数据文件中,那么可以使用load函数来读取该文件并将数据存储在一个结构体变量中。
```matlab
load('SiouxFalls.mat'); % 读取Sioux Falls网络的数据
numNodes = size(nodes, 1); % 节点数
numLinks = size(links, 1); % 弧段数
```
接下来,我们需要定义Dijkstra算法的主体部分,即根据起点和终点计算最短路径长度以及路径。Dijkstra算法的主要思想是从起点开始逐步扩展已知的最短路径,直到到达终点或者所有路径都被扩展完毕。在扩展路径的过程中,需要维护一个距离向量和一个前驱节点向量,分别记录每个节点到起点的最短距离和到达该节点的最短路径上的前一个节点。可以使用Matlab中的zeros函数来创建初始的距离向量和前驱节点向量,以及一个标记向量来记录已经确定了最短路径的节点。
```matlab
function [dist, pred] = dijkstra(links, numNodes, startNode, endNode)
% 初始化距离向量和前驱节点向量
dist = inf(numNodes, 1);
pred = zeros(numNodes, 1);
% 标记起点
dist(startNode) = 0;
visited = zeros(numNodes, 1);
% 重复扩展最短路径,直到到达终点或者所有路径都被扩展完毕
while ~visited(endNode)
% 选择当前未确定最短路径的节点中距离最短的节点
[~, currNode] = min(dist .* (1 - visited));
visited(currNode) = 1;
% 扩展从当前节点出发的所有路径
for i = 1:numLinks
if links(i, 1) == currNode % 弧段的起点为当前节点
nextNode = links(i, 2);
linkLength = links(i, 3);
newDist = dist(currNode) + linkLength;
% 更新距离向量和前驱节点向量
if newDist < dist(nextNode)
dist(nextNode) = newDist;
pred(nextNode) = currNode;
end
end
end
end
end
```
在计算完最短路径长度和路径之后,我们可以将结果输出到控制台或者保存到文件中。为了方便起见,这里我们将结果输出到控制台。
```matlab
% 计算指定起点到其他各点的最短路长
startNode = mod(str2double(studentID(end-1:end)) - 1, 24) + 1;
[dist, ~] = dijkstra(links, numNodes, startNode, 0);
fprintf('从节点%d到其他节点的最短路长为:\n', startNode);
for i = 1:numNodes
if i ~= startNode
fprintf('到节点%d的距离为 %.2f\n', i, dist(i));
end
end
% 计算指定起终点的最短路径和路长
endNode = mod(str2double(studentID(end-1:end)) + 10, 24);
if endNode == 0
endNode = 1;
end
[dist, pred] = dijkstra(links, numNodes, startNode, endNode);
fprintf('从节点%d到节点%d的最短路径为:\n', startNode, endNode);
if dist(endNode) == inf
fprintf('无法到达\n');
else
path = endNode;
while path(1) ~= startNode
path = [pred(path(1)); path];
end
fprintf('路径为 %d', path(1));
for i = 2:length(path)
fprintf(' -> %d', path(i));
end
fprintf('\n路长为 %.2f\n', dist(endNode));
end
```
这样,我们就完成了Dijkstra算法的Matlab程序的编写。您可以将上面的代码保存到一个名为dijkstra.m的文件中,并在Matlab命令行中运行它,以获得指定起点到其他各点的最短路长和指定起终点的最短路径及路长。