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文档简介
送货路线设计问题
摘要:
本文主要讨论的是送货路线的设计问题。总体的解题思路是将问题中的地点、
路线分别抽象成数学中的点、线,然后利用图论的相关知识理论来考虑这些问题。
最后,设计方法程序,并利用Matlab运行,解决问题。
问题一要求根据1-30号货物设计一条最快的送货路线,由于货物的总质量
mzong和总体积vzong(mzong=48.5000;vzong=0.8800)均未超出最大限度50和
1,所以,该问题可转化成求最短路问题。解决方法:首先,写出每个点的带权邻
接矩阵;然后,运用Floyd求任意两点间的最短距离;最后,用H圈构造运算法,
并通过矩阵翻转的二边逐次修正法,得到最短距离和最快完成路线图,如下:
of18fl3f24f31f27f39—34—40—45—49—42—43—36—38—32—
23->16-*14-17-*21-*26-o
lucheng=5.4707e+004米t=lucheng/1000*v+t*21/60=3.3295小时
问题二设计一条路线,要求在时间允许的条件下,使总路程最小。解决思路是
利用问题一中的方法,结合每个货物的时间限制,最终得到路线图,如下:
o-*18^13-*24-*31-*27->39->34-*40-*45-*49->42^43-*38-*36-*32-*
23-7f2-26-0
lucheng2=5.4707e+004t2=lucheng2/1000*v+t*21/60=3.3295小时
问题三将1T00号货物全部送到指定地点,mzong=148,vzong=2.8,显然不能一
次性送到。解题思想是根据仓库到各个点的最小距离将地点分为三部分,分别派送。
分完组后在利用第一问的思想给予优化求出最佳的H圈.得到的送货路线分
别为:
第一组路线:
0-26-31-27-39f27-36-45-40-47-40f50-49f42-43-38-35-32一
23fl7f21fo;
第二组路线:
of26-3-34f40f37—4—44f48f46f33f28f30f22f20f22f29f25f
19-24-31-26-0;
第三组路线:
O-21-17-23-16-14-9-10-7-1-6-1-8-3-4-2-5-15-12-11-13
—1811—0。
送货时间为:t3=lucheng/1000*v+t*100/60=10.563小时
关键词:
图论带权邻接矩阵Floyd算法最优Hamilton圈二边逐次修正
一、问题重述
现今社会网络越来越普及,网购已成为一种常见的消费方式,随之物流行业也
渐渐兴盛,每个送货员需要以最快的速度及时将货物送达,而且他们往往一人送多个
地方,请设计方案使其耗时最少。
现有一快递公司,库房在图1中的0点,一送货员需将货物送至城市内多处,
请设计送货方案,使所用时间最少。该地形图的示意图见图1,各点连通信息见表3,
假定送货员只能沿这些连通线路行走,而不能走其它任何路线。各件货物的相关信息
见表1,50个位置点的坐标见表2。
假定送货员最大载重50公斤,所带货物最大体积1立方米。送货员的平均速度
为24公里/小时。假定每件货物交接花费3分钟,为简化起见,同一地点有多件货
物也简单按照每件3分钟交接计算。
现在送货员要将100件货物送到50个地点。请完成以下问题。
1.若将广30号货物送到指定地点并返回。设计最快完成路线与方式。给出结果。
要求标出送货线路。
2.假定该送货员从早上8点上班开始送货,要将广30号货物的送达时间不能超过
指定时间,请设计最快完成路线与方式。要求标出送货线路。
3.若不需要考虑所有货物送达时间限制(包括前30件货物),现在要将100件货物
全部送到指定地点并返回。设计最快完成路线与方式。要求标出送货线路,给出送
完所有快件的时间。由于受重量和体积限制,送货员可中途返回取货。可不考虑中
午休息时间。
以上各问尽可能给出模型与算法。
n|____________I____________1____________I____________I____________I____________I____________I
0500100015002OM250030003600
图1快递公司送货地点示意图
O点为快递公司地点,O点坐标(11000,8250),单位:米
二、模型假设
1.将仓库视为第51个点,参与计算。
2.送货员在路上无特殊情况,不会因抛锚等现象而耽误时间;
3.同一地点要送多件货物,那么这些物品在同一次中运送;
4.要求到达的时间不包括此次在该点交接的时间;
5.送货员只沿着已知的路线行走;
6.道路是双向的,无单向路线;
7.送货员取货的时间不计。
三、符号说明
1问中涉及到的符号
a各货物号信息(货物号、运送地点、重量、体积和最晚时间)矩阵
b50个位置点的坐标矩阵
C互通点信息矩阵
d任意两相通两点间距离
e对应两相通两点间距离
el对e进行去重后得到的矩阵
f带权邻接矩阵
D任意两点间最小距离矩阵
u初始II圈
mzong货物的总质量
vzong货物的总体积
luxian最短路线
lucheng最小路程
tl最短时间
t货物交接时所需时间(3分钟)
v送货员的行驶速度(24千米每小时)
2问中涉及到的符号
luxian2最短路线
lucheng2最小路程
t2最短时间
3问中涉及到的符号
luxian3最短路线
lucheng3最小路程
t3最短时间
D3分组矩阵
四、问题的分析与模型的建立
将快递网图中,每个投递点看作图中的一个节点,各投点之间的公路看作图中
对应节点间的边,各条路的长度(或行驶时间)看作对应边上的权,所给快递网就
转化为加权网络图,问题就转化为在给定的加权网络图中寻找从给定点0出发,行
遍所有顶点至少一次再回到0点,使得总权(路程或时间)最小,此即最佳推销员
回路问题。
1)问题一是需将30个货物送达21个固定点并返回,0点和另外21个点构成
了一个典型的最短路问题。即先利用Floyd计算两点间的最短距离,再随机构造哈
密顿圈,利用优化算法对此H圈优化,使H圈的权最小。
2)问题二本小问是在一问的基础上加入时间的限制,解题思想是以第一问的过
程为基础,从随机产生的H圈中选出符合时间要求的多条路线,再从中学出事的路
程权重最小的路线。并检验其是否符合时间的要求。
3)问题三主要是对路线的分组,分组后检验,调整使得每组货物质量小于
50kg,体积小于lm3,然后利用问题一,解出每组的最佳H圈。
五、模型的分析与求解
1.5.1
由附录1给定的数据知,前30号货物由于货物的总质量mzong和总体积vzong分
别为48.5和0.88均未超出最大限度50和1,显然送货员能够一次带上所有货物到
达各送货点,且货物要送达总共为21个,如下:
13,14,16,17,18,21,23,24,26,27,31,32,34,36,38,39,40,42,43,45,49
本模型运用图论中Floyd算法与最佳H圈中的相关结论,建立了关于该类问题的优化
模型,将出发点0和21个送货点结合起来构造完备加权图。
用矩阵翻转来实现二边逐次修正,求最佳哈密尔顿圈(H圈)。由完备加权图,确定初
始H圈,列出该初始H圈加点序边框的距离矩阵,然后用二边逐次修正法对矩阵进行
“翻转”,就可得到近似最优解的距离矩阵,从而确定近似最佳H圈。
由于用矩阵翻转方法来实现二边逐次修正法的结果与初始圈有关,故为了的到得到较
优的计算结果,在用MATLAB编程时,随机搜索出200个初始H圈。在所有II圈中,
找出权最小的一个,即要找的最佳H圈的近似解。
最佳H圈的近似解min(HO,Hl,112,-1199)
送货路线:
24—31-27f39f34f40.45-49f42f43f36f38f32f
23-16-]7f2L26fo
送货时间:
lucheng=5.4707e+004米t=lucheng/24000+3*21/60=3.3295小时
1.5.2
本小问是在一问的基础上加入时间的限制,解题思想是以第一问的过程为基
础,从随机产生的H圈中选出符合时间要求的多条路线,即选择符合每个点时间要
求的最佳H圈。
为了更有针对性,可将一问的最佳路线作为初始的H圈进行计算。得到结果,
如下:
0-18-13f24f31-27f39f34—40-45f49—42—43—38—36—32—
23->16-*14-17-*21--26-*o
lucheng2=5.4707e+004t2=lucheng2/24000+3*21/60=3.3295小时
1.5.3
现根据距离分组,在调整,然后求解。
51号到各个地点的最小距离如下:
12345678910
1006816296104671400416563113628100850977758092
11121314151617181920
696567525295509411558749336212182696813417
21222324252627282930
17971191853954709893413923997142231082013205
31323334353637383940
29296707155495254762446778975621457776885
41424344454647484950
115779751883313943786014312921615806117229928
Of26-31-27f39f27-36-45f40f47f40-50f49f42-43-38f35—32—23—
17-21-0;
Of26-3—34—40—37—4-44f48—46—33—28-30f22—20-22f29—25—9-
24f31f26-0;
0-21-17-23-16-14―9-10-7->If6-1-8一3-4f2-5一15-12—11-13-18
11-0。
计算三个区域各自送货员走的总路程:
142173.27m239894.58m351440.73m
计算时间:(51440.73+39905.76+42173,27)/24000+3/60*100=10.563小时
六、模型的不足及改进的方向
不足:
由于数据量大,且最佳H圈与原始圈的选取有关,只能去近似最佳圈,因此对于
第二问随机性很强,只能多设置一下循环次数,以求精确。第三问的手动画图、分组
比较麻烦,要尝试多次才能找出符合要求的点。
参考文献
[11赵静、但琦,数学建模与数学实验(第3版)高等教育出版社
[2]姜启源、谢金星、叶俊,数学模型,北京:高等教育出版社,2003
相关程序数据
图1快递公司送货地点示意图
O点为快递公司地点,O点坐标(11000,8250),单位:米
表1各货物号信息表
货物号送达地点重量(公斤)体积(立方米)不超过时间
1132.500.03169:00
2180.500.03549:00
3311.180.02409:30
4261.560.035012:00
5212.150.030512:00
6141.720.010012:00
7171.380.010912:00
8231.400.042612:00
9320.700.048112:00
10381.330.021910:15
11451.100.02879:30
12430.950.022810:15
13392.560.059512:00
14452.280.03019:30
15422.850.019010:15
16431.700.078210:15
17320.250.041212:00
18361.790.018412:0()
19272.450.044512:00
20242.930.04209:00
21310.800.01089:30
22272.250.001812:00
23261.570.021012:00
24342.800.01039:30
25401.140.01559:30
26450.680.03829:30
27491.350.014410:15
28320.520.002012:00
29232.910.048712:00
30161.200.042912:00
3111.260.0250
3221.150.0501
3331.630.0483
3441.230.0006
3551.410.0387
3660.540.0067
3770.700.0129
3880.760.0346
3992.140.0087
40101.070.0124
41111.370.0510
42122.390.0428
43130.990.0048
44141.660.0491
45150.450.0209
46162.040.0098
47171.950.0324
48182.120.0554
49193.870.0262
50202.010.0324
51211.380.0419
52220.390.0001
53231.660.0502
54241.240.0534
55252.410.0012
56261.260.0059
57270.420.0224
58281.720.0580
59291.340.0372
60300.060.0402
61310.600.0274
62322.190.0503
63331.890.0494
64341.810.0325
65351.000.0055
66361.240.0177
67372.510.0361
68382.040.0110
69391.070.0440
70400.490.0329
71410.510.0094
72421.380.0455
73431.310.0121
74441.260.0005
75450.980.0413
76461.350.0241
77472.120.0230
78480.540.0542
79491.010.0566
80501.120.0284
81250.790.0011
82462.120.0492
83322.770.0034
84232.290.0054
85200.210.0490
86251.290.0088
87191.120.0249
88410.900.0038
89462.380.0434
90371.420.0020
91321.010.0300
92332.510.0133
93361.170.0020
94381.820.0308
95170.330.0345
96110.300.0172
97154.430.0536
98120.240.0056
99101.380.0175
10071.980.0493
表250个位置点的坐标
位置点X坐标(米)Y坐标(米)
19185500
21445560
37270570
43735670
52620995
6100801435
7100252280
871602525
9138452680
10119353050
1178503545
1265854185
1376305200
1521255975
16153657045
1888258075
1958558165
207808355
21127708560
2222008835
23147659055
2477909330
2544359525
26108609635
271038510500
285659765
2925809865
3015659955
31939510100
321483510365
33125010900
34728011065
351530511375
361239011415
37641011510
381391511610
39951012050
40834512300
41493013650
421326514145
431418014215
44303015060
451091514235
46233014500
47773514550
4888514880
491157515160
50801015325
表3相互到达信息
序号位置点1位置点2
113
218
3220
424
538
634
742
8515
952
1061
11718
1271
13812
14914
15910
161018
17107
181112
191213
201225
211215
221318
231319
241311
251418
261416
271417
281421
291522
301525
311623
321723
331831
341924
352022
362126
372136
382117
392230
402317
412431
422541
432519
442529
452731
462833
472922
483028
493041
503126
513134
523235
533223
543346
553328
563440
573538
583645
593627
603740
613836
623927
634034
644045
654144
664137
674146
684243
694249
704338
714448
724450
734550
744542
754648
764740
774844
784950
794942
805040
81O18
82O21
83O26
程序
问题一的程序
1.%作图,标号,标距离
clc;
a=[%货物信息数据
113.00002.50000.03169.0000
218.00000.50000.03549.0000
331.00001.18000.02409.3000
426.00001.56000.035012.0000
521.00002.15000.030512.0000
614.00001.72000.010012.0000
717.00001.38000.010912.0000
823.00001.40000.042612.0000
932.00000.70000.048112.0000
1038.00001.33000.021910.1500
1145.00001.10000.02879.3000
1243.00000.95000.022810.1500
1339.00002.56000.059512.0000
1445.00002.28000.03019.3000
1542.00002.85000.019010.1500
1643.00001.70000.078210.1500
1732.00000.25000.041212.0000
1836.00001.79000.018412.0000
1927.00002.45000.044512.0000
2024.00002.93000.04209.0000
2131.00000.80000.01089.3000
2227.00002.25000.001812.0000
2326.00001.57000.021012.0000
2434.00002.80000.01039.3000
2540.00001.14000.01559.3000
2645.00000.68000.03829.3000
2749.00001.35000.014410.1500
2832.00000.52000.002012.0000
2923.00002.91000.048712.0000
3016.00001.20000.042912.0000
311.00001.26000.02500
322.00001.15000.05010
333.00001.63000.04830
344.00001.23000.00060
355.00001.41000.03870
366.00000.54000.00670
377.00000.70000.01290
388.00000.76000.03460
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