工程数学-201107(8)

2018-12-20 10:12

max{bi?bj?aj,bj}?max{bi?bj?ai,bi}max{?aj,?bi}?max{?ai,?bj}min{ai,bj}?min{aj,bi}即可。

算法: 1、 2、 3、 4、 例:

A B

1 3 6 2 7 2 3 4 7 4 5 3 5 7 4

加工顺序为13542。

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第四章 网络分析 §1 图及网络

图,点集,点,边集,边,平行边,自环

C A B D (a) C A B D (b)

定义1 设V是一个非空集合,E是一个V中元素的无序对构成的多重集,有序对G=〈V,E〉称为一个图,其中,V称为顶点集,其元素称为顶点或点,E称为边集,其元素称为边。

以上定义的图也称为无向图。

相邻,关联,度,握手定理,通路,简单通路,初级通路

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回路,圈,

连通,连通分支,单连通,强连通 关联矩阵,邻接矩阵 子图,生成子图, 边割,割集 树,

v1 v2 e1 e2 v3 e3 v4 e4

§2 网络上的优化问题

1. 最短路问题

在实际问题当中,图的边往往与某种数量相联系,例如,在铁路交通图中,根据所讨论的问题,每条边上可以标上其代表的铁路的长度,或标上修建该铁路所需的费用等,一般地,引入如下定义.

定义1 设G是一个图,若对G中每条边e都规定一个非负实数w(e),则称G为赋权图(或权图),w(e) 称为边e的权.G的边与非负实数的这种对应关系(用w表示)称为权函数.

例如,设G是铁路交通图,对G中每条边e规定w(e)为e所代表的铁路的长度,则得到一权图,若规定w(e)为修建e所代

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表的铁路所需费用,则又得到另一权图.再如,设G是秘密通讯图,对边e规定w(e)为泄秘可能性则得到一权图,又若规定w(e)为维护e所需费用,则又得到另一权图.

按照通常惯例,当u,v不相邻时,规定w(uv)=∞. 定义2 设G是一个权图,H是G的子图,H中各边的权之和称为子图H的权,记为w(H),即

w(H)=

e?E(H)?w(e).

由于权图中的权常常代表某种耗费,许多最优化问题都是要在一个权图中找出某类具有最小权的子图,其中之一就是最短路问题.

定义3 设G是一个权图,路P的权w(P)称为P的长度,两点u,v之间最短路的长度称为u,v之间的距离,记为d(u,v),即

u?v?0,?d(u,v)??min{w(P)|P是(u,v)-路},u,v连通

??,u,v不连通?

定义4 设G是一个权图,u0∈V(G),S?V(G),u0到S内各点的所有路中长度最小者,称为u0到S的最短路,其长度称为u0到S的距离,记为d(u0,S).

现在我们就来讨论在权图G中寻找最短路的问题,为此,先做几点假设.

1) 显然,只要讨论简单图的问题就够了,所以下面假设G是简单图.

2) 因为当w(uv)=0时,我们认为u,v重合,所以我们不

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妨假定所有边的权均为正数.

下面介绍的算法是Dijkstra在1959年提出的,这个算法可以求出G中一点u0到其余各点的最短路及距离,它至今是解最短路问题的最好算法之一.

Dijkstra算法基于如下基本原理.

假设S是V的真子集,u0∈S,令Sˉ=V-S,若P=u0?uv是从u0到Sˉ的最短路,则显然u?S,v?S,且P的(u0,u)节必然是最短(u0,u)路,所以

d(u0,S)?w(P)?d(u0,v)?d(u0,u)?w(uv)

?min{d(u0,u)?w(uv)}u?S,v?S

利用该公式,便可按如下过程求最短路.

首先,确定距u0最近的一个顶点.令S0={u0},由于距u0最近的顶点必为u0的邻点,故只需求出u1使

w(u0u1)=min{w(u0v)|v∈S0},

即u0u1是与u0关联的最短边,显然,u0u1便是最短(u0,u1)-路.又令S1={u0,u1},且用P1表示路u0u1,??,一般地,若Sk={u0,u1,?,uk}以及相应的最短路P1,P2,?,Pk已经确定,则可用(1)式来计算d(u0,Sk),并选取顶点uk+1∈Sk使d(u0,uk+1)=d(u0,Sk).这时,d(u0,uk+1)=d(u0,uj)+w(ujuk+1)对某个j≤k成立.将边uj uk+1连接到路Pj上,即得最短(u0,uk+1)-36


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