MODELE SIECIOWE 1. Drzewo rozpinające 2. Najkrótsza droga 3. Zagadnienie maksymalnego przepływu źródłem ujściem

Podobne dokumenty
Programowanie sieciowe. Tadeusz Trzaskalik

Drzewa spinające MST dla grafów ważonych Maksymalne drzewo spinające Drzewo Steinera. Wykład 6. Drzewa cz. II

Rozdział 8 PROGRAMOWANIE SIECIOWE

Drzewa. Jeżeli graf G jest lasem, który ma n wierzchołków i k składowych, to G ma n k krawędzi. Własności drzew

Minimalne drzewa rozpinające

a) 7 b) 19 c) 21 d) 34

Wykład 8. Drzewo rozpinające (minimum spanning tree)

Ogólne wiadomości o grafach

5c. Sieci i przepływy

Problem straŝaka w drzewach. Agnieszka Skorupka Matematyka Stosowana FTiMS

TEORIA GRAFÓW I SIECI

Zofia Kruczkiewicz, Algorytmu i struktury danych, Wykład 14, 1

Plan wykładu. Przykład. Przykład 3/19/2011. Przykład zagadnienia transportowego. Optymalizacja w procesach biznesowych Wykład 2 DECYZJA?

Algorytm Dijkstry znajdowania najkrótszej ścieżki w grafie

Wyznaczanie optymalnej trasy problem komiwojażera

Informatyka w szkole - algorytm Dijkstry dla każdego. Krzysztof Diks Instytut Informatyki, Uniwersytet Warszawski

Algorytmiczna teoria grafów Przepływy w sieciach.

Zadanie niezbilansowane. Gliwice 1

Struktury danych i złożoność obliczeniowa Wykład 5. Prof. dr hab. inż. Jan Magott

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

Rozdział 8 PROGRAMOWANIE SIECIOWE

Algorytmy mrówkowe. H. Bednarz. Wydział Informatyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie Inteligentne systemy informatyczne

E: Rekonstrukcja ewolucji. Algorytmy filogenetyczne

Przetwarzanie równoległesprzęt. Rafał Walkowiak Wybór

Suma dwóch grafów. Zespolenie dwóch grafów

TEORETYCZNE PODSTAWY INFORMATYKI

Algorytmiczna teoria grafów

Algorytmy grafowe. Wykład 1 Podstawy teorii grafów Reprezentacje grafów. Tomasz Tyksiński CDV

Matematyczne Podstawy Informatyki

DWA ZDANIA O TEORII GRAFÓW. przepływ informacji tylko w kierunku

Teoria grafów dla małolatów. Andrzej Przemysław Urbański Instytut Informatyki Politechnika Poznańska

SPÓJNOŚĆ. ,...v k. }, E={v 1. v k. i v k. ,...,v k-1. }. Wierzchołki v 1. v 2. to końce ścieżki.

PROBLEM ROZMIESZCZENIA MASZYN LICZĄCYCH W DUŻYCH SYSTEMACH PRZEMYSŁOWYCH AUTOMATYCZNIE STEROWANYCH

Programowanie dynamiczne i algorytmy zachłanne

Reprezentacje grafów nieskierowanych Reprezentacje grafów skierowanych. Wykład 2. Reprezentacja komputerowa grafów

PROGRAMOWANIE SIECIOWE. METODA ŚCIEŻKI KRYTYCZNEJ

Graf. Definicja marca / 1

TEORIA GRAFÓW I SIECI

Zagadnienie transportowe

OPTYMALIZACJA W LOGISTYCE

TEORIA GRAFÓW I SIECI

Algorytmy genetyczne

Przykład planowania sieci publicznego transportu zbiorowego

Filogeneza: problem konstrukcji grafu (drzewa) zależności pomiędzy gatunkami.

ANALIZA SIECIOWA PROJEKTÓW REALIZACJI

7. Teoria drzew - spinanie i przeszukiwanie

Matematyka dyskretna

Złożoność obliczeniowa klasycznych problemów grafowych

ZAGADNIENIE TRANSPORTOWE

ĆWICZENIE 1: Przeszukiwanie grafów cz. 1 strategie ślepe

Matematyczne Podstawy Informatyki

Temat 9. Zabłocone miasto Minimalne drzewa rozpinające

Działanie algorytmu oparte jest na minimalizacji funkcji celu jako suma funkcji kosztu ( ) oraz funkcji heurystycznej ( ).

Wybrane podstawowe rodzaje algorytmów

Zad. 1 Zad. 2 Zad. 3 Zad. 4 Zad. 5 SUMA

Grafy dla każdego. dr Krzysztof Bryś. Wydział Matematyki i Nauk Informacyjnych Politechnika Warszawska.

Matematyczne Podstawy Informatyki

Algorytmy i str ruktury danych. Metody algorytmiczne. Bartman Jacek

ĆWICZENIE NR 1 WPROWADZENIE DO INFORMATYKI

Opracowanie prof. J. Domsta 1

Tworzenie gier na urządzenia mobilne

51. Wykorzystywanie sumy, iloczynu i różnicy zdarzeń do obliczania prawdopodobieństw zdarzeń.

Drzewa rozpinajace, zbiory rozłaczne, czas zamortyzowany

Algorytm chińskiego listonosza Katarzyna Ignaszewska SPI51. Temat: Problem chińskiego listonosza, czyli jak obejść miasto najmniejszym nakładem sił.

Algorytmika Problemów Trudnych

Problem 1 [Sieć telekomunikacyjna routing]

Uniwersytet Zielonogórski Wydział Elektrotechniki, Informatyki i Telekomunikacji Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych

METODY OBLICZENIOWE OPTYMALIZACJI zadania

Lista NR 6. Przedstaw obliczenia we wszystkich zadaniach.

WYŻSZA SZKOŁA INFORMATYKI STOSOWANEJ I ZARZĄDZANIA

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Technologie informacyjne (5) Zdzisław Szyjewski

Implementacja STP Cisco

Zagadnienie transportowe

BADANIA OPERACYJNE Zagadnienie transportowe. dr Adam Sojda

Modele sieciowe. Badania operacyjne Wykład 6. prof. Joanna Józefowska

Algorytmy wyznaczania centralności w sieci Szymon Szylko

Kolorowanie wierzchołków

Metody Programowania

Zagadnienie transportowe (badania operacyjne) Mgr inż. Aleksandra Radziejowska AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Konspekt. 15 października Wykład III (16 października 2014 r.): optymalizacja kombinatoryczna na grafach (metody sieciowe)

MATEMATYKA DYSKRETNA - MATERIAŁY DO WYKŁADU GRAFY

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Matematyka Dyskretna - zadania

Teoria obliczeń i złożoność obliczeniowa

Heurystyczne metody przeszukiwania

10. Elementy kombinatoryki geometrycznej: suma kątów wielokąta,

Programowanie obiektowe

asix na łączach RAS konfiguracja

Problem skoczka szachowego i inne cykle Hamiltona na szachownicy n x n

Programowanie obiektowe

Algorytmy równoległe. Rafał Walkowiak Politechnika Poznańska Studia inżynierskie Informatyka 2010

Grafem nazywamy strukturę G = (V, E): V zbiór węzłów lub wierzchołków, Grafy dzielimy na grafy skierowane i nieskierowane:

Data Mining Wykład 5. Indukcja drzew decyzyjnych - Indeks Gini & Zysk informacyjny. Indeks Gini. Indeks Gini - Przykład

Sieć (graf skierowany)

Wykładnicze grafy przypadkowe: teoria i przykłady zastosowań do analizy rzeczywistych sieci złożonych

KURS MATEMATYKA DYSKRETNA

Matura próbna 2014 z matematyki-poziom podstawowy

ZAGADNIENIA TRANSPORTOWE

Transkrypt:

MODELE SIECIOWE 1. Drzewo rozpinające (spanning tree) w grafie liczącym n wierzchołków to zbiór n-1 jego krawędzi takich, że dowolne dwa wierzchołki grafu można połączyć za pomocą krawędzi należących do tego zbioru. Minimalne drzewo rozpinające to drzewo wybrane spośród wszystkich istniejących drzew rozpinających, dla którego łączna długość krawędzi jest najmniejsza. 2. Najkrótsza droga (shortest path) między dowolnie wybranymi wierzchołkami w sieci to taki zbiór krawędzi łączących te wierzchołki, dla których suma długości jest najmniejsza.. Zagadnienie maksymalnego przepływu (maximal flow problem) wierzchołek początkowy zwany jest źródłem, wierzchołek końcowy zwany jest ujściem. Każda krawędź grafu opisana jest dwoma liczbami, charakteryzującymi przepustowości krawędzi. Należy zaplanować taki przepływ między źródłem a ujściem, aby jego wielkość była największa.

ALGORYTM KONSTRUKCJI MINIMALNEGO DRZEWA ROZPINAJĄCEGO Założenia modelu: 1. Liczba węzłów wynosi n. 2. Dane są odległości pomiędzy węzłami. Krawędzie/łuki dwukierunkowe. Cel: Znalezienie zbioru krawędzi, które łączą wszystkie węzły i których łączna długość jest najmniejsza. Przykład 1: Zadanie polega na opracowaniu regionalnej sieci komputerowej łączącej 5 komputerów satelitarnych z serwerem w taki sposób, aby długość linii łączącej komputery była jak najmniejsza. Rozważa się połączenia bezpośrednie wybranych komputerów z serwerem a także połączenia komputerów satelitarnych z serwerem za pośrednictwem innych komputerów satelitarnych.

2 0 5 20 50 0 1 0 0 10 0 0 0 20 6 Rysunek 1. Rozważana sieć połączeń komputerów systemu regionalnego. Węzeł 1. oznacza główny serwer systemu. Nad krawędziami podano długość łącza w km.

Odległość w Do węzła km 1 2 5 6 1-20 0 0 50 0 2 20 - M M 0 M 0 M - 10 0 0 0 M 10 - M 20 5 50 0 0 M - 0 6 0 M 0 20 0 - Od węzła Tabela 1. Odległości w km pomiędzy węzłami sieci. Znak - na głównej przekątnej tabeli oznacza trasy nie brane pod uwagę. M oznacza brak połączenia.

Krok 1. Wybieramy w sieci dowolny węzeł i cechujemy go jako połączony (np. oznaczając odpowiadający wiersz tabeli odległości między węzłami). Krok 2. Wykreślamy w tabeli kolumnę odpowiadającą połączonemu węzłowi. Krok. We wszystkich wierszach odpowiadających węzłom połączonym znajdujemy wartość najmniejszą w niewykreślonych kolumnach i oznaczamy to połączenie jako wybrane (zaznaczając np. okręgiem). Krok. Odpowiadający numerowi wybranej kolumny węzeł cechujemy jako połączony. Wracamy do kroku 2., dopóki wszystkie węzły nie zostaną połączone. Krok 5. Minimalne drzewo rozpinające jest utworzone przez zidentyfikowane połączenia; całkowita długość połączeń jest równa sumie długości wybranych krawędzi.

W Przykładzie 1. zastosowano następujące etapy postępowania: Jako pierwszy połączono węzeł 1. i wykreślono kolumnę 1. Odległość w Do węzła km 1 2 5 6 1-20 0 0 50 0 2 20 - M M 0 M 0 M - 10 0 0 0 M 10 - M 20 5 50 0 0 M - 0 6 0 M 0 20 0 - Od węzła W wierszu 1. znaleziono minimalną odległość równą 20 odpowiadającą połączeniu 1-2.

Odległość w Do węzła km 1 2 5 6 1-20 0 0 50 0 2 20 - M M 0 M 0 M - 10 0 0 0 M 10 - M 20 5 50 0 0 M - 0 6 0 M 0 20 0 - Od węzła Węzeł 2. oznaczono jako połączony i wykreślono kolumnę 2. W wierszach 1. i 2. znaleziono minimalną odległość równą 0, która odpowiada połączeniu 1-.

Odległość w Do węzła km 1 2 5 6 1-20 0 0 50 0 2 20 - M M 0 M 0 M - 10 0 0 0 M 10 - M 20 5 50 0 0 M - 0 6 0 M 0 20 0 - Od węzła Węzeł. oznaczono jako połączony i wykreślono kolumnę. W wierszach 1., 2.,. w niewykreślonych kolumnach (tj.., 5. i 6.) znaleziono minimalną odległość równą 10 odpowiadającą połączeniu -.

Odległość w Do węzła km 1 2 5 6 1-20 0 0 50 0 2 20 - M M 0 M 0 M - 10 0 0 0 M 10 - M 20 5 50 0 0 M - 0 6 0 M 0 20 0 - Od węzła Węzeł. oznaczono jako połączony i wykreślono kolumnę. W wierszach 1., 2.,. i. w kolumnach niewykreślonych znaleziono minimalną odległość równą 20 odpowiadającą połączeniu -6.

Odległość w Do węzła km 1 2 5 6 1-20 0 0 50 0 2 20 - M M 0 M 0 M - 10 0 0 0 M 10 - M 20 5 50 0 0 M - 0 6 0 M 0 20 0 - Od węzła Węzeł 6. oznaczono jako połączony i wykreślono kolumnę 6. W jedynej pozostałej niewykreślonej kolumnie 5. znaleziono minimalną odległość równą 0 odpowiadającą połączeniu -5.

Odległość w Do węzła km 1 2 5 6 1-20 0 0 50 0 2 20 - M M 0 M 0 M - 10 0 0 0 M 10 - M 20 5 50 0 0 M - 0 6 0 M 0 20 0 - Od węzła Węzeł 5. oznaczono jako połączony i wykreślono kolumnę 5. Koniec postępowania wszystkie węzły zostały połączone.

2 0 5 20 50 0 1 0 0 10 0 0 0 20 6 Minimalne drzewo: 1-2, 1-, -, -6, -5 Długość łączy: 20+0+10+20+0 = 110 km

Zadania do rozwiązania Zad. 1 Skarb państwa zakupił ziemię z przeznaczeniem na park krajobrazowy oraz obiekty rekreacyjne. Planiści wytypowali najlepsze lokalizacje dla różnych planowanych obiektów. Lokalizacje te reprezentowane są przez węzły sieci. Łuki sieci odpowiadają możliwym alternatywnym wariantom ścieżek/dróg w parku. Należy zaplanować połączenia obiektów w taki sposób, aby zminimalizować łączną długość niezbędnych dróg w kilometrach i jednocześnie zapewnić dostęp do wszystkich obiektów w parku. 5 1 2 6 2 2 5 7 2 5 2 7 8

Zad.2 W dużej firmie produkcyjnej planowany jest nowy system kontroli jakości. Z różnych lokalizacji w fabryce dostarczane będą próbki produktów do laboratorium celem przeprowadzenia badań jakości. Podjęto decyzję o budowie systemu poczty pneumatycznej, aby usprawnić proces dostarczania próbek różnych produktów do laboratorium z różnych miejsc produkcyjnych. Prezentowany graf pokazuje sieć miejsc produkcji skąd docierają próbki oraz laboratorium (węzły). Łuki przedstawiają możliwe drogi poczty pneumatycznej. Zaplanuj połączenia poczty pneumatycznej i określ ich minimalną łączną długość. Odległości między węzłami podano w setkach metrów. Laboratorium 6 5 1 2 5 7 8 6 8 6 5 6 5 2 6 7 8