一种路径优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明为一种路径优化方法，主要采用模拟退火算法计算大规模目的地的最短、 最优路径。采用该方法与系统，可显著降低计算时间，具有极高的实用性，可应用于科学计 算、物流配送等领域。
【背景技术】
[0002] 在科学计算及日常生活中（例如物流配送问题），经常会计算由某一地点出发，经 过多个目的地返回，优化得到最短路径的问题。在实际应用过程中，如果考虑到路径的复杂 性、多组合约束条件，当目的地数量一旦比较多的时候，问题的计算规模将变得非常庞大， 传统的贪心算法、蒙特卡洛算法、神经网络算法等，都会面临计算规模增大、计算时间变长 等问题，导致计算效果很不理想。
【发明内容】
[0003] 针对【背景技术】中存在的问题，本发明提供了一种路径优化方法，可以解决大规模 目的地路径优化问题，同时可处理多约条件的组合优化问题。通过系统的处理与计算，可显 著降低计算时间，具有极高的实用性，可应用于科学计算、物流配送等领域。
[0004] 路径优化问题是目前科学计算领域、物流配送等行业中非常重要的一类问题，也 是一个复杂的组合优化问题，其中线路的优化需要进行多约束、多目标的决策，属于路径优 化中的难点。特别是当约束条件较多、目的地数目非常多的情况下，问题的规模将变得非常 庞大。
[0005] 本发明为解决目前路径优化中存在的当约束条件较多、目的地数目非常多的情况 下，问题的规模将变得非常庞大导致计算时间非常长的技术问题，提供一种路径优化方法。
[0006] 本发明所述的一种路径优化方法是采用以下技术方案实现的：一种路径优化方 法，用以解决大规模目的地路径优化问题，将这类问题的计算分为三个阶段，称为三级过 程算法：
[0007] a)第一阶段，首先通过路口、路□属性的描述，应用堆优化Dijkstra算法，将出发 点与所有目的地点、任意两个目的地点之间的距离实现表格化，然后通过预先计算各点的 距离并存储；
[0008] b)第二阶段，采用一种启发式的模拟退火网格算法，结合约束条件，将大量的目的 地点进行划分或分组，形成一系列满足约束条件的团簇；
[0009] c)第二阶段，利用中国邮递员问题算法，确定团族内行走时的最短路径和行走次 序，最终计算得到面向所有目的地点的最优化路径解。
[0010] 图1为本发明的工作流程图。通过步骤a)可极大的优化计算时间；步骤b)形成 一系列的团簇之后，此时满足条件的团簇内的点数目已经较少，成功的降低了计算的规模。 本发明通过步骤a)中的对路口、路口属性的描述以及任意目的地之间距离的表格化描述， 满足了步骤b)中模拟退火网格算法的要求，使得分组更为科学合理，大大降低了计算量。
[0011] 本发明的有益效果：本发明可应用于科学计算、物流配送等领域，通过三级过程算 法，可显著降低计算时间，具有极高的实用性。特别是面对大规模目的点（超过1万个目的 地）的计算时，本发明的办法计算时间极短，计算效果佳，几乎是唯一可行的处理方法。
【附图说明】
[0012] 图1本发明工作流程图。
[0013] 图2单连通路口的连通性描述示意图。
[0014] 图3双连通路口的连通性描述示意图。
[0015] 图4三连通路口的连通性描述示意图。
[0016] 图5四连通路口的连通性描述示意图。
[0017] 图6实施例中目的地与路口的示意图。
[0018] 图7实施例中目的地分组的示意图。
【具体实施方式】
[0019] ⑴在第一阶段中，结合路口点的约束条件，构造各点间距离的邻接矩阵
[0020] ①路口、出发点、目的地等的连通性处理
[0021] 在科学计算、物流配送问题中，无论出发点、目的地点总是由许多路径连接构成， 而路径是由最基本的路口这一元素构成；为了准确的计算路径，考虑到路口的约束条件，首 先构建描述路口连通性的体系；
[0022] 以物流问题为例，实际生活中的路口、道路，构成了连接出发点、目的地点的基本 元素。每个路口均有一些约束条件（例如：路口的红绿灯，是否可以允许掉头、左转灯）；
[0023] 所述路口属性信息的表示方式，可以准确的表示单连通、双连通、三联通、四联 通、…直到n连通的路口信息；以下都用0来表示路口，依次用l、2、3-n表示与其直接连 接的其它路口，分别有以下几种情况：
[0024] a)路口不能有孤立的，即没有零连通的路口点；从实际道路情况看，路口一定在 路上，即一定有别的路口点通过路与其相连；
[0025] b)单连通的路口点的表示：路口点的单连通相当于1条路的终点，设0为需描述 的该路口点，1表示与其相连接的另一路口点；单连通的点仅能与另外的一个点连通，即单 连通的点可以表示为：1 - 0 - 1 ;单连通相比其它多连通情况要比较特殊，只有一种连通 情况：1，即全连通；如图2所示。虚线框中标注为0的即为需描述的该路口点，
[0026] c)双连通的路口点的表示：双连通的路口点可以与其它一共2个路口点连通，设0 表示需描述的该路口点，1、2表示与其相连的另两个路口点，如图3所示。则其通过性可描 述为：1 - 0 - 1，1 - 0 - 2, 2 - 0 - 1，2 - 0 - 2这四种情况，则使用一个长度为4的字 符串可以表示该路口的通过性信息，字符串中1表示通，〇表示不通；
[0027] 例如：在物流配送问题中，"1111"字符串表不（1 - 0 - 1通，1 - 0 - 2通， 2 - 0 - 1 通，2 - 0 - 2 通）；"0110"（1 - 0 - 1 不通，1 - 0 - 2 通，2 - 0 - 1 通， 2 - 0 - 2 不通）；" 1110"（1 - 0- 1 通，1 - 0 - 2 通，2 - 0 - 1 通，2 - 0 - 2 不通）
[0028] d)三连通的路口点的表示：三连通的路口点可以与其它一共3个路口点连通，如 图4所示。用0表示需描述的该路口点，1、2、3表示与其相连的另两个路口点，则其通过性可 描述为- 0-1，1 - 0 - 2，1 - 0 - 3;2 - 0- 1，2 - 0 - 2,2 - 0 - 3;3 - 0 - 1， 3 - 0 - 2, 3 - 0 - 3 ;则使用一个长度为9的字符串可以表示该路口的通过性信息；例如： 在物流配送问题中，"111111111 "字符串表不（1 - 0 - 1通，1 - 0 - 2通，1 - 0 - 3通； 2 - 0 - 1 通，2 - 0 - 2 通，2 - 0 - 3 通；3 - 0 - 1 通，3 - 0 - 2 通，3 - 0 - 3 通）； "110101101"表示：（1 - 0-1 通，1 - 0 - 2 通，1 - 0 - 3 不通；2 - 0 - 1 通，2 - 0 - 2 不通，2 - 0 - 3 通；3 - 0 - 1 通，3 - 0 - 2 不通，3 - 0 - 3 通）；
[0029] e)四连通的路口点的表示：四连通的路口点可以与其它一共4个路口点连通，如 图5所示。用0表示需描述的该路口点，1、2、3、4表示与其相连的另两个路口点，则其通过性 可描述为 ：1一〇-1，1一〇 - 2，1一0 - 3，1一0 - 4;2 - 0-1，2 - 0 - 2,2 - 0 - 3， 2 -0 -4;3 -0 - 1，3 -0 -2,3 -0 -3,3 -0 -4;4 -0 - 1，4 -0 -2,4 -0 -3， 4 - 0 - 4 ;则使用一个长度为16的字符串可以表示该路口的通过性信息；例如：在物流配 送问题中，"1111101001101111"字符串中每个字符"0"或"1"分别表示上述（1 - 0 - 1通， 1 - 0 - 2