Tìm luồng cực đại và thứ cấp, ứng dụng giải bài toán tìm đường trong giao thông (LV01993)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI THẨM HỮU HIỀN TÌM LUỒNG CỰC ĐẠI VÀ THỨ CẤP, ỨNG DỤNG GIẢI BÀI TOÁN TÌM ĐƢỜNG CONG TRONG GIAO THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH HÀ NỘI, 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI THẨM HỮU HIỀN TÌM LUỒNG CỰC ĐẠI VÀ THỨ CẤP, ỨNG DỤNG GIẢI BÀI TOÁN TÌM ĐƢỜNG CONG TRONG GIAO THÔNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Huy Thập HÀ NỘI, 2016 i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn em nhận nhiều khích lệ, động viên, giúp đỡ từ phía thầy cô, gia đình bạn bè xung quanh Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo, PGS.TS Lê Huy Thập, người trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô trường Đại học Sư phạm Hà Nội Em cố gắng học tập hoàn thành luận văn thạc sỹ luận văn có thiếu sót Em mong nhận góp ý, bảo thầy cô bạn để luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 07 năm 2016 Học viên Thẩm Hữu Hiền ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu hướng dẫn khoa học PGS TS Lê Huy Thập Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Học viên Thẩm Hữu Hiền iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan mạng vận tải 1.1.1 Phương pháp quản lý mạng xe buýt 1.1.2 Phương pháp quản lý mạng xe khách 1.2 Tổng quan đơn đồ thị, hữu hạn vô hƣớng 1.2.1 Bậc Đỉnh đồ thị 1.2.2 Đường đi, chu trình 12 1.2.3 Cây 14 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN TRÊN ĐỒ THỊ 17 2.1 Giới thiệu số thuật toán đồ thị 17 2.1.1 Tìm đường hai đỉnh đồ thị 17 2.1.2 Duyệt cạnh cầu đồ thị 22 2.1.3 Duyệt đỉnh trụ đồ thị 27 2.1.4 Xác định tinh liên thông 34 2.1.5 Thuật toán tìm luồng cực đại mạng 38 2.2 Phát biểu thuật toán tìm luồng cực đại 39 2.2.1 Bài toán 39 2.2.2 Thuật toán giải toán tìm luồng cực đại cực đại thứ cấp 40 CHƢƠNG 3:TÌM LUỒNG CỰC ĐẠI VÀ THỨ CẤP MẠNG VẬN TẢI47 3.1 Giới thiệu công ty cần quản lý mạng vận tải 47 3.2 Mục đích nhiệm vụ giải toán 47 3.3 Các giao diện kết chạy chƣơng trình demo 48 3.3.1 Giao diện 48 3.3.2 Kết luận chương 50 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 iv DANH MỤC CÁC Í HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT í hiệu CSDL DL  ngh a s liệu ữ liệu Vô cực ! Giai thừa  Độ hỗ trợ ( support)  Độ tin cậy (confidence)  Phép giao  Phép hợp  Tập rỗng  Tập hợp tập  Thuộc  không thuộc ∑ Tổng ∀ Với ≥ Lớn ≤ Nhỏ ≠ Khác B v DANH MỤC HÌNH V Hình 1.1: Sơ đồ mạng máy tính Hình 1.2: Sơ đồ mạng máy tính với đa kênh thoại Hình 1.3: Sơ đồ mạng máy tính với kênh thoại thông báo Hình 1.4: Mạng máy tính với kênh thoại chiều Hình 1.5: Đồ thị vô hướng 10 Hình 1.6: Đồ thị có hướng 11 Hình 1.7: Đường đồ thị 13 Hình 1.8: Rừng có 14 Hình 2.1: Chỉ số đỉnh……………………………… ……… 33 Hình 2.2: Ví dụ tồi tệ thuật toán Ford_Fulkerson 45 Hình 2.3: Tăng luồng dọc theo đường tăng 46 Hình 3.1: Giao diện hình chính……………………………… 52 Hình 3.2: Nhập danh sách loại xe 52 Hình 3.3: Nhập Danh sách lái xe 53 Hình 3.4: Nhập tuyến thông lượng 53 Hình 3.5: Nhập hành trình 54 Hình 3.6: Sửa danh sách loại xe 55 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Kiểm nghiệm thuật toán duyệt cạnh cầu đồ thị 24 Bảng 2.2 Kiểm nghiệm thuật toán duyệt đỉnh trụ đồ thị 29 Bảng 2.3 Kiểm nghiệm thuật toán kiểm tra tính liên thông mạnh 36 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mạng Vận Tải quan trọng kinh tế quốc gia có Việt Nam Mạng Vận Tải cốt lõi cho phát triển giao thương kinh tế - xã hội Hiện Việt Nam xây dựng s hạ tầng vận tải đại, để thúc đẩy giao thông phát triển đôi với việc hiệu đáp ứng tối đa mà mạng vận tải đem lại Vấn đề đăt toán mạng vận tải sử dụng tối ưu hóa mặt khoảng cách, tìm đoạn đường ngắn rút ngắn thời gian lại Vì xuất toán ứng dụng thực tế chẳng hạn tìm đường ngắn hai nút đồ Những toán tối ưu áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực đem lại giá trị định, toán tìm luồng cực đại thứ cấp, ứng dụng tìm đường giao thông Do tính hấp dẫn tính thời toán ta áp dụng vào thực tế xếp tuyến đường mạng vận tải, tìm khoảng cách thời gian rút ngắn để tăng hiệu mặt kinh tế Với mong muốn tìm đoạn đường ngắn nhất, hiệu để đem lại nguồn lợi kinh tế vận tải Vì xin chọn đề tài: “tìm luồng cực đại thứ cấp, ứng dụng giải toán tìm đường giao thông” để nghiên cứu Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu toán tìm luồng cực đại thứ cấp mạng vận tải - Lập trình VB.NET để tìm luồng cực đại thứ cấp mạng vận tải Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu phương pháp quản lý mạng vận tải - Nghiên cứu số kiến thức toán rời rạc - Nghiên cứu toán tối ưu mạng vận tải - Dùng ngôn ngữ VB.NET thể số toán tối ưu mạng vận tải Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Luồng cực đại thứ cấp - Phạm vi nghiên cứu: Ứng dụng giải toán tìm đường mạng giao thông Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia luồng cực đại thứ cấp để thiết kế chương trình phù hợp với yêu cầu thực tiễn - Phương pháp nghiêm cứu lý luận qua tài liệu liên quan đến luồng cực đại thức cấp, nhằm xây dựng s lý thuyết để giải vấn đề luận văn - Phương pháp thực nghiệm thông qua quan sát thực tế, yêu cầu s , lý luận nghiên cứu kết đạt qua phương pháp Dự kiến kết đạt đƣợc - Xác định luồng cực đại thứ cấp mạng vận tải, ứng dụng giải toán tìm đường giao thông - Xây dựng chương trình demo hỗ trợ tìm đường mạng vận tải công ty TNHH Hồng Thịnh 48 khác xét đồ thị tương ứng với hệ thống đường ống dẫn dầu Trong ống tương ứng với cung, điểm phát coi tầu ch dầu, điểm thu bể chứa, điểm nối ống nút đồ thị Khả thông qua cung tương ứng với tiết diện ống ần phải tìm luồng dầu lớn bơm từ tàu ch dầu vào bể chứa + Mục đích: - Nghiên cứu toán tìm luồng cực đại thứ cấp mạng vận tải - Ứng dụng công nghệ việc giải toán quản lý vận tải giao thông + Nhiệm vụ : - Nghiên cứu phương pháp quản lý mạng vận tải - Dùng ngôn ngữ VB.Net thể số toán tối ưu mạng vận tải 3.3 Các giao diện kết chạy chƣơng trình demo 3.3.1 Mô tả chi tiết thực thể - Thực thể Danh sách xe: Danh sách xe Tên trường Kiểu liệu Ghi MaXe Text K Chinh Biensoxe Text Biển số xe Trongtai number Trọng tải kiemdinh Yes/no Kiểm định 49 - Thực thể hành trình : Hành trình Tên trường Kiểu liệu Ghi Mahanhtrinh Text K Chinh tenhanhtrinh Text K Malaixe number Mã lái xe Maxe Yes/no Mã xe dauhanhtrinh Text Đầu hành trình Cuoihanhtrinh Text Cuối hành trình Cactuyenphaiqua memo Các tuyến phải qua Ngayxuatphat Date/time Ngày xuất phát Ngayketthuc Date/time Ngày kết thúc - Thực thể lái xe: Lái xe Tên trường Kiểu liệu Ghi MaLaiXe Text K Chinh TenLaiXe Text Tên lái xe NoiCap Text Nơi cấp NgayCap Text Ngày cấp SoDienThoai Text Số điện thoại QueQuan Text Quê quán ThuongTru Text Thường 50 - Thực thể loại Loại Tên trường Kiểu liệu Ghi MaLoaiBang Text K Chinh TenBang Text Tên LoaiOTo Text Loại ô tô - Thực thể Tuyến _ Thông Lượng Tuyến _ Thông Lượng Tên trường Kiểu liệu Ghi MaTuyen Text K Chinh MaHanhTrinh Text Mã hành trình TenTuyenDauTuyen Text Tên tuyến đầu tuyến TenCuoiTuyen Text Tên cuối tuyến ThongLuong number thông lượng 3.3.2 Giao diện Đây giao diện chương trình gồm có nút chức năng: Ta nhập số liệu chương trình tìm quãng đường tối ưu qua, bên cạnh có trường hơp muốn thêm, sửa, cập nhật liệu ta có nút tương ứng với chức 51 Bài toán tìm đường tối ưu từ HN – TQ : Vĩnh phúc 7 7 Hà Nội 7 7 7 Lập Thạch Phú thọ 7 7 Sơn Nam 12 7 10 Tuyên quang 7 Sơn Dương - Số tròn biểu thị cho đường - Số bình thường biểu thị cho lưu lượng xe ( Giao Thông ) Có hành trình : - Hà Nội > Vĩnh Phúc > Phú Thọ > Tuyên Quang - Hà Nội > Vĩnh Phúc > Sơn Nam > Tuyên Quang - Hà Nội > Sơn Nam > Tuyên Quang - Hà Nội > Lập Thạch > Sơn Nam > Tuyên Quang - Hà Nội > Lập Thạch > Sơn ương > Tuyên Quang 52 Hình 3.1: Giao diện hình - Form Nhập danh sách loại xe Hình 3.2: Nhập danh sách loại xe - Form Nhập danh sách lái xe 53 Hình 3.3: Nhập Danh sách lái xe - Form Nhập tuyến thông lượng Hình 3.4: Nhập tuyến thông lượng 54 - Form Nhập hành trình Hình 3.5: Nhập hành trình - Form luồng tối ưu - Form sửa thông tin danh sách loại xe 55 Hình 3.6: Sửa danh sách loại xe 56 Mô tả chi tiết thực thể: - Thực thể Danh sách xe: Danh sách xe Tên trường Kiểu liệu Ghi MaXe Text K Chinh Biensoxe Text Biển số xe Trongtai number Trọng tải kiemdinh Yes/no Kiểm định - Thực thể hành trình : Hành trình Tên trường Kiểu liệu Ghi Mahanhtrinh Text K Chinh tenhanhtrinh Text K Malaixe number Mã lái xe 57 Maxe Yes/no Mã xe dauhanhtrinh Text Đầu hành trình Cuoihanhtrinh Text Cuối hành trình Cactuyenphaiqua memo Các tuyến phải qua Ngayxuatphat Date/time Ngày xuất phát Ngayketthuc Date/time Ngày kết thúc 58 - Thực thể lái xe: Lái xe Tên trường Kiểu liệu Ghi MaLaiXe Text K Chinh TenLaiXe Text Tên lái xe NoiCap Text Nơi cấp NgayCap Text Ngày cấp SoDienThoai Text Số điện thoại QueQuan Text Quê quán ThuongTru Text Thường - Thực thể loại Loại Tên trường Kiểu liệu Ghi MaLoaiBang Text K Chinh TenBang Text Tên LoaiOTo Text Loại ô tô - Thực thể Tuyến _ Thông Lượng Tuyến _ Thông Lượng Tên trường Kiểu liệu Ghi MaTuyen Text K Chinh MaHanhTrinh Text Mã hành trình TenTuyenDauTuyen Text Tên tuyến đầu tuyến 59 TenCuoiTuyen Text Tên cuối tuyến ThongLuong number thông lượng 60 KẾT LUẬN Kết đạt đƣợc Luận văn tìm hiểu tổng quan mạng vận tải, đơn đồ thị, hữu hạn vô hướng đồng thời đưa cách tìm luồng cực đại thức cấp, ứng dụng giải toán tìm đường mạng giao thông ũng giới thiệu trình bày định nghĩa luồng cực đại thứ cấp, định lý, thuật toán có liên quan để giải toán Với luồng cực đại thứ cấp trình bày tìm đường hai đỉnh đồ thị, thuật toán , định lý duyệt cạnh cầu, đỉnh trụ xác định tính liên thông để đưa phát biểu thuật toán tìm luồng cực đại Trong chương luận văn ứng dụng thuật toán Ford – Fulkenson để áp dụng vào chương trình demo đánh giá lại kết chương trình có tìm luồng cực đại thứ cấp mạng vận tải để hỗ trợ công việc thực tế công ty TNHH Hồng Thịnh Hạn chế hương trình chạy số lỗi cần khắc phục phù hợp với thực tế hưa đồng liệu thực nhiều bước lúc Hƣớng phát triển Trong trình thực luận văn, hạn chế trình độ thời gian thực đề tài Trong chương phần ứng dụng đơn giản, để triển khai ứng dụng thực tế cần phải cải tiến nữa, để luận văn hoàn thiện hương trình áp dụng tìm đường áp dụng cho xe khách xe tải Tương lai có hướng phát triển tìm đường cho xe bus 61 Thêm số tính thiết bị định vị GPS theo dõi xác định xác tuyến đường cực đại cách xác hiệu 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Nghĩa, Nguyễn Tô Thành, Toán Rời Rạc , NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội năm 2003 [2] Bùi Minh Trí, Quy Hoạch Toán Học, NXB Khoa Hoc Kỹ Thuật, 2001 [3] Lê Huy Thập, Hệ hỗ trợ định, Bài giảng Học viện công nghệ Bưu viễn thông, năm 2006 [4] Lê Huy Thập, Giáo trình kỹ thuật lập trình, Tập 1, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, năm 2008 [5] Lê Huy Thập, Bài giảng toán rời rạc phần I II , Học Viện CNBCVT, từ năm 2003- 2016 [6] Kenneth H Rosen, Discrete Mathematics anh Its Applications, 2005 [7] Sapp Hel Popag, Transportion Management books…, năm 2015 [8] Lê Văn Phùng,Kỹ thuật phân tích thiết kế hệ thống thông tin hướng cấu trúc, tái lần 3, năm 2015 NXB Thông tin truyền thông