在从上海(S)到天津(T)的公路网中。从S到T有多中路线:S到A1为6,S到A2为3,S到A3为3,A1到B1为6,A1到B2为5,A2到B1为6,A2道B2为6,A3到B1为7,A3到B2为4,B1到C1为7,B1到C2为7,B2到C1为8,B2到C2为9,C1到T为5,C2到T为6。 (1)若货车要从上海(S)到天津(T)如何选择行驶路线可以使得距离最短? (2)求解通过所有城市到达目的地的最短距离? 给出数学建模代码
时间: 2024-02-17 12:03:59 浏览: 72
数学建模 送货路线问题
1. 货车要从上海(S)到天津(T)选择行驶路线可以使得距离最短的方法是使用迪杰斯特拉算法(Dijkstra algorithm)。
我们可以将每个城市看作图中的节点,每条道路看作图中的边,然后使用迪杰斯特拉算法求出从S到T的最短路径。
具体步骤如下:
1)初始化:将S到所有节点的距离初始化为无穷大,S到S的距离为0。
2)对于S到所有相邻节点的距离进行更新,即将S到A1、A2、A3的距离更新为6、3、3。
3)选择距离最小的节点A2,并将其标记为已访问。
4)对于A2到所有相邻节点的距离进行更新,即将A2到B1、B2的距离更新为6、6。
5)选择距离最小的节点B1,并将其标记为已访问。
6)对于B1到所有相邻节点的距离进行更新,即将B1到C1、C2的距离更新为7、7。
7)选择距离最小的节点C1,并将其标记为已访问。
8)对于C1到T的距离进行更新,即将C1到T的距离更新为5。
9)此时已经找到了从S到T的最短路径,路径长度为6+3+6+7+5=27。
因此,货车要从上海(S)到天津(T)选择行驶路线可以使得距离最短的路线为S-A2-B1-C1-T,路线长度为27。
2. 求解通过所有城市到达目的地的最短距离的方法是使用旅行商问题(TSP)的算法。
我们可以将每个城市看作图中的节点,每条道路看作图中的边,然后使用TSP算法求出经过所有城市的最短路径。
具体步骤如下:
1)初始化:将所有城市的状态设置为未访问,设置起始城市为S。
2)对于当前城市,从所有未访问的相邻城市中选择距离最小的城市进行访问,并将其标记为已访问。
3)重复步骤2,直到所有城市都被访问。
4)在所有经过所有城市的路径中选择距离最短的路径作为最终路径。
因为TSP问题是NP-hard问题,因此我们可以使用遗传算法、模拟退火等启发式算法来求解。
以下是使用遗传算法求解TSP问题的Python代码示例(假设城市数为10):
```python
import random
# 定义城市数和城市距离矩阵
num_cities = 10
distances = [[0, 6, 3, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
[6, 0, 0, 0, 5, 6, 0, 0, 0, 0],
[3, 0, 0, 0, 0, 6, 0, 0, 7, 4],
[3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
[0, 5, 0, 0, 0, 0, 7, 7, 0, 0],
[0, 6, 6, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0],
[0, 0, 0, 0, 7, 0, 0, 0, 5, 6],
[0, 0, 0, 0, 7, 0, 0, 0, 0, 0],
[0, 0, 7, 0, 0, 0, 5, 0, 0, 0],
[0, 0, 4, 0, 0, 0, 6, 0, 0, 0]]
# 定义遗传算法参数
pop_size = 50 # 种群大小
num_generations = 500 # 迭代次数
mutation_prob = 0.1 # 变异概率
# 初始化种群
population = []
for i in range(pop_size):
individual = list(range(num_cities))
random.shuffle(individual)
population.append(individual)
# 定义适应度函数
def fitness(individual):
distance = 0
for i in range(num_cities-1):
distance += distances[individual[i]][individual[i+1]]
distance += distances[individual[-1]][individual[0]]
return 1/distance
# 定义选择函数
def selection(population):
fitness_values = [fitness(individual) for individual in population]
total_fitness = sum(fitness_values)
probabilities = [fitness_value/total_fitness for fitness_value in fitness_values]
selected = random.choices(population, weights=probabilities, k=2)
return selected[0], selected[1]
# 定义交叉函数
def crossover(parent1, parent2):
point1 = random.randint(0, num_cities-1)
point2 = random.randint(0, num_cities-1)
if point1 > point2:
point1, point2 = point2, point1
child1 = parent1[point1:point2]
child2 = [city for city in parent2 if city not in child1]
child = child1 + child2
return child
# 定义变异函数
def mutation(individual):
if random.random() < mutation_prob:
point1 = random.randint(0, num_cities-1)
point2 = random.randint(0, num_cities-1)
individual[point1], individual[point2] = individual[point2], individual[point1]
# 进行遗传算法迭代
for i in range(num_generations):
new_population = []
for j in range(pop_size//2):
parent1, parent2 = selection(population)
child1 = crossover(parent1, parent2)
child2 = crossover(parent2, parent1)
mutation(child1)
mutation(child2)
new_population.append(child1)
new_population.append(child2)
population = new_population
# 选择适应度最高的个体作为最优解
best_individual = max(population, key=fitness)
best_distance = 1/fitness(best_individual)
print("最短距离为:", best_distance)
print("最优解为:", best_individual)
```
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