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2007全国大学生数学建模竞赛B题:公交与奥运算法优化
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更新于2024-07-17
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该文档是关于2007年全国大学生数学建模竞赛B题的解决方案,主题围绕着公共交通系统和奥运赛事背景下的一项实际问题。参赛团队由重庆大学的熊国刚、王杰和黎明组成,他们承诺严格遵守竞赛规则,保证比赛的公正性和公平性。 题目涉及的具体内容是设计一个数学模型来优化公交和地铁系统的出行路线,旨在找到乘客从指定起点到终点的最短耗时、最少转乘次数以及最低费用。参赛者使用VC++编程语言实现了这一算法,他们的工作重点是解决在城市交通网络中如何高效地规划路径,这在当时是一个具有挑战性的实际问题。 对于问题二,模型二侧重于公交和地铁系统,提供了详细的站点间最优路线表格,展示了从不同起点到各个终点的最优路线信息,如最短耗时、最少转乘次数和最低费用。这体现了参赛者对于算法效率的追求,能够在短时间内找到满意的解决方案。 对于问题三,除了公交和地铁系统,还考虑了步行因素,构建了模型三的优化模型,并在此基础上进行了图论模型的扩展。这显示了参赛团队在面对复杂问题时的深入分析和模型构建能力。 整个项目的亮点在于算法的高效性,即使在简单的数据预处理条件下,也能快速找到任意两个站点之间的最优路径,平均耗时不超过0.5秒,这在计算密集型的数学建模比赛中是非常重要的性能指标。 通过这个项目,参赛者不仅锻炼了解决实际问题的能力,也展示了在信息技术环境下利用数学工具进行决策优化的实用技能。这对于参与数学建模竞赛的学生来说,无疑是一次宝贵的学习和实践经验积累。
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经过 的公汽线路 中的另一站点 。判断 与 中是否存
在相同的点,若存在(如图 6.2 中的 )则站点 与 间有一次换乘的路
线(如图 6.2 中的 与 ),该相同点即为换乘站点;这样又找出了一次换乘路
线,存入数据文件;
(4)再搜索出经过 (如图 6.2 中的 )线路上除了站点 的另一站点
(如图 6.2 中的 )的公汽线路 (如图 6.2 中的 ),找出公汽线路
上的其他站点 ;判断,如果 与经过 的公汽线路 中的其他
站点 存在相同的点(如图 6.2 中的 ),则 与 间有二次换乘的
路线(如图 6.2 中的 、 、 ),该相同点和点 是换乘站点;将此二次
换乘的路线存入数据文件中;
(5)对上述存储的经过两个站点 与 的不同路线,根据不同模型
进行最优路线进行搜索,得出查询者满意的最优路线。
6. 1. 4 模型一的求解
根据以上算法和前面建立的模型一,用 VC++进行编程(程序见附录)就
可以得出不同目标下的最优路线。
1) 以耗时最少为目标的最优路线
起始站 S3359 到终到站 S1828 耗时最少为 64 min,耗时最少的最优路线
(转乘次数较少,费用较省的路线)有 28 条(注:表 6.1 选择了其中的 10 条
表示);
起始站 S1557 到终到站 S0481 耗时最少为 106 min,耗时最少的最优路线有
2 条;起始站 S0971 到终到站 S0485 耗时最少为 106 min,耗时最少的最优
路线有 2 条;起始站 S0008 到终到站 S0073 耗时最少为 67 min,耗时最少
的最优路线有 2 条;起始站 S0148 到终到站 S0485 耗时最少为 106 min,耗
时最少的最优路线有 3 条;起始站 S0087 到终到站 S3676 耗时最少为 46
min,耗时最少的最优路线有 12 条;其耗时最少的最优路线如表 6.1 所示。
表 6.1 耗时最少的最优路线表
起始
站
公汽线
路
中转
站
公汽线
路
中转
站
公汽线
路
终到
站
转乘
次数
所需
费用
S3359 L0535 S2903 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3
S3359 L0535 S2903 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3
S3359 L0123 S2903 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3
S3359 L0123 S2903 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3
S3359 L0652 S2903 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3
S3359 L0652 S2903 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3
11
S3359 L0844 S2027 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3
S3359 L0844 S2027 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3
S3359 L0844 S1746 L1005 S1784 L0687 S1828 2 3
S3359 L0844 S1746 L1005 S1784 L0737 S1828 2 3
S1557 L0604 S1919 L0709 S3186 L0980 S0481 2 3
S1557 L0883 S1919 L0709 S3186 L0980 S0481 2 3
S0971 L0533 S2517 L0810 S2480 L0937 S0485 2 3
S0971 L0533 S2517 L0296 S2480 L0937 S0485 2 3
S0008 L0198 S3766 L0296 S2184 L0345 S0073 2 3
S0008 L0198 S3766 L0296 S2184 L0345 S0073 2 3
S0148 L0308 S0036 L0156 S2210 L0937 S0485 2 3
S0148 L0308 S0036 L0156 S3332 L0937 S0485 2 3
S0148 L0308 S0036 L0156 S3351 L0937 S0485 2 3
S0087 L0541 S0088 L0231 S0427 L0097 S3676 2 3
S0087 L0541 S0088 L0231 S0427 L0982 S3676 2 3
S0087 L0541 S0088 L0901 S0427 L0097 S3676 2 3
S0087 L0541 S0088 L0901 S0427 L0982 S3676 2 3
S0087 L0206 S0088 L0231 S0427 L0097 S3676 2 3
S0087 L0206 S0088 L0231 S0427 L0982 S3676 2 3
S0087 L0206 S0088 L0901 S0427 L0097 S3676 2 3
S0087 L0206 S0088 L0901 S0427 L0982 S3676 2 3
S0087 L0974 S0088 L0231 S0427 L0097 S3676 2 3
S0087 L0974 S0088 L0231 S0427 L0982 S3676 2 3
S0087 L0974 S0088 L0901 S0427 L0097 S3676 2 3
S0087 L0974 S0088 L0901 S0427 L0982 S3676 2 3
2) 以转乘次数最少为目标的最优路线
起始站 S3359 到终到站 S1828 的最少转乘次数为 1 次,转乘次数最少的
最优路线(所需时间较短,费用较省的路线)有 2 条;
起始站 S1557 到终到站 S0481 的最少转乘次数为 2 次,转乘次数最少的
最优路线有 2 条与耗时最少的最优路线相同(表示在表 6.1 中,下同);
起始站 S0971 到终到站 S0485 的最少转乘次数为 1 次,转乘次数最少的
最优路线有 1 条;
起始站 S0008 到终到站 S0073 的最少转乘次数为 1 次,转乘次数最少的
最优路线有 9 条;
起始站 S0148 到终到站 S0485 的最少转乘次数为 2 次,转乘次数最少的
最优路线有 3 条与耗时最少的最优路线相同;
起始站 S0087 到终到站 S3676 的最少转乘次数为 2 次,转乘次数最少的
最优路线有 6 条与耗时最少的最优路线相同;
其余转乘次数最少的最优路线路线如表 6.2 所示。
表 6.2 转乘次数最少的最优路线表
起始站 公汽线路 中转站 公汽线路 终到站 耗时 所需费用
S3359 L0956 S1784 L0687 S1828 101 3
12
S3359 L0956 S1784 L0737 S1828 101 3
S0971 L0533 S2184 L0937 S0485 128 3
S0008 L0679 S0291 L0578 S0073 83 2
S0008 L0679 S0491 L0578 S0073 83 2
S0008 L0679 S2559 L0578 S0073 83 2
S0008 L0679 S2683 L0578 S0073 83 2
S0008 L0679 S3614 L0578 S0073 83 2
S0008 L0875 S2263 L0345 S0073 83 2
S0008 L0875 S2303 L0345 S0073 83 2
S0008 L0875 S3917 L0345 S0073 83 2
S0008 L0983 S2083 L0057 S0073 83 2
3)以费用最少为目标的最优路线
起始站 S3359 到终到站 S1828 的最少费用为 3 元,最少费用的最优路线
(所需时间较短,转乘次数较少的路线)有 30 条,其中 28 条路线所需时间为
64 min,转乘次数为 2 次,另外两条路线所需时间为 101 min,转乘次数为
1 次;
起始站 S1557 到终到站 S0481 的最少费用为 3 元,最少费用的最优路线
有 2 条,所需时间为 106 min,转乘次数为 2 次;
起始站 S0971 到终到站 S0485 的最少费用为 3 元,最少费用的最优路线
有 3 条,其中两条所需时间为 106 min,转乘次数为 2 次,另外一条所需时间
为 128 min,转乘次数为 1 次;
起始站 S0008 到终到站 S0073 的最少费用为 2 元,最少费用的最优路线
有 9 条,所需时间为 83 min,转乘次数为 1 次;
起始站 S0148 到终到站 S0485 的最少费用为 3 元,最少费用的最优路线有 3
条,所需时间为 106min,转乘次数为 2 次;
起始站 S0087 到终到站 S3676 的最少费用为 3 元,最少费用的最优路线
有 12 条,所需时间为 46 min,转乘次数为 2 次;
最少费用的最优路线表示在表 6.1 和表 6.2 中。
6.2.1 模型二的建立
该模型针对问题二,将公汽与地铁同时考虑,找出可行路线,然后寻找最优
路线。对于地铁线路,也可以将其作为公交线路,本质上没有什么区别,只不
过乘车费用、时间,换乘时间不一样罢了。因此地铁站可等效为公交站,地铁
和公交的转乘站即可作为两者的交汇点。因此该模型的公交换乘路线模型与模
型一中的基本相同。现建立模型二下的最优路线模型。
1)以时间最短的路线作为最优路线的模型:可行路线的总时间为乘公交(公汽
和地铁)时间与公汽与地铁换乘、公汽间、地铁间换乘时间之和。
(6.5 式)
其中,第 k 路线为同时考虑公汽与地铁的转乘路线中的一种或几种。
2)以转乘次数最少的路线作为最优路线的模型:
(6.6 式)
13
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