交通工程系统分析实验指导书

《交通工程系统分析》

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实验指导书

指导教师：李文勇

2015、3

《交通工程系统分析》实验内容

1．实验要求

（1）熟悉线性规划问题求解方法；

（2）熟悉非线性规划问题求解方法；掌握一维搜索方法；

（3）了解运输问题、整数规划问题、资源分配问题的求解；

（4）掌握最小树、最短路和最大流问题的求解；

（5）掌握排队论问题的求解方法；

（6）掌握预测方法在交通工程中的应用；

2、实验内容

（1）线性规划问题求解（单纯形法与对偶单纯形法、运输问题、整数规划问题、资源分配问题）；

（2）非线性规划问题求解（一维搜索C语言求解程序编写）；

（3）最小树、最短路和最大流问题求解

（4）排队系统分析

（5）预测方法在交通工程中的应用

（6）考核

实验一、线性、非线性规划问题求解

一、实验目的：

1、熟悉交通运营管理中的线性规划问题的求解方法（单纯形法）；

2、掌握单纯形法与对偶单纯行形法；

3、了解运输问题、整数规划问题、资源分配问题的求解。

4、掌握无约束一维非线性规划问题的求解方法；

5、掌握一维搜索求解方法；

6、掌握C 语言中函数指针传递的方法；

7、了解非线性规划（有约束、无约束问题）的求解方法。

二、实验内容：

1、使用运用运筹学分析软件LP-ILP 模块进行线性规划问题的求解；

2、使用运用运筹学分析软件进行特殊线性规划运输问题、整数规划问题、资源分配问题的求解。

3、编写一维搜索的区间求解函数；

4、编写一维搜索的搜索过程函数。

5、运用运筹学分析软件NLP 模块进行非线性规划问题的求解。 例1： 4321432x x x x Z M I N +++= ..t s

203224321≥+++x x x x 202324321≥+++x x x x

0,,,4321≥x x x x

答案：3/101=x ，3/402=x ，其它为0，30=z

例2：

某厂拟生产甲、乙、丙三种产品，都需要在A 、B 两种设备上加工，有关数据如下表所示：

(1) 如何充分发挥设备能力，使产品总产值最大?

(2) 若为了提高产量，以每台时350元租金租用外厂A 设备，问是否合算？ 例3：

Max z=15x 1+10x 2+7x 3 s.t.5x 1-10x 2+7x 3<=8

6x 1+4x 2+8x 3<=12 -3x 1+2x 2+2x 3<=10

x 1,x 2,x 3>=0为整数例4：

某公司设有三个加工厂A1、A2、A3和四个门市部B1、B2、B3。各加工厂的产量和各门市部的销量（单位：t ）及从各加工厂到各门市部的单位运价（单位：元/t ）如表1所示。在满足各门市部销售需求的情况下，如何进行调运使总的运输支出最少？

表1

例5：

有四个工人，要分别指派他们完成四项不同的工作，每人做各项工作所消耗的时间如表1所示，问应如何指派工作，才能使总的消耗时间为最少。

例6：

10

,102

)(02==+-=h x x x x f MIN

%5=ε 精确答案：75.1)(,5.0**==x f x

例7： 求解

2221)1()1()(-+-=x x X f

要求：%10=ε

精确解为：

???

???=00*X ， 0)(*=X f

例8 Min （x1-3）^2 + (x2-2)^2 S.t x1+x2-4=0

三、实验要求：

（1）用管理运筹学软件求解实验内容，并记录结果；

（2）运用C 语言编程，并使用函数调用方式（指针传递）实现参数传递。

（3）对结果作适当分析； （4）完成实验报告。

实验二、最小树、最短路、最大流问题求解

一、实验目的：

1、掌握求解交通线网规划中的最小树问题求解方法；

2、掌握求解交通分配中的最短路问题求解方法；

3、掌握求解交通运输规划管理中的最大流问题求解方法；

4、了解避圈法求解最小树问题的方法；

5、掌握FLOYD法求解最短路问题的方法。

二、实验内容：

1．运筹学分析软件NET模块进行最小树、最短路经和最大流问题的求解；

2．运用编写避圈法求解最小树问题C语言程序；

3．编写FLOYD法求解最短路问题的C语言程序。

（第2、3选一）

最小树问题求解方法：

T；建立空边集图

=V

(Φ

)

,

While（T中所含边数小于n－1）

{

从E中选取当前最短边（u，v）；

从E中删除边（u，v）；

if（（u，v）并入T中，并不产生回路，将（u，v）并入T中；

}

FLOYD法求解最短路问题的C语言参考程序：

FLOYD(A,C)

Float A[][n], C[][n];

{

for(i=0;i

for(j=0;j<=n;j++)

{

if(C[i][j]!=max) path[i][j]=j;

else path[i][j]=0;

A[i][j]=C[i][j];

}

for(k=0;k<=n;k++)

for(i=0;i

for(j=0;j<=n;j++)

{

if(A[i][j]>A[i][k]+A[k][j])

{

A[i][j]>A[i][k]+A[k][j];

path[i][j]=path[i][k];

}

}

三、实验要求：

（1）运用C语言编程，交通网络输入采用文件方式；

（2）对结果作适当分析；

（3）完成实验报告。

例1：最小树问题

图1 例2：最短路问题

图2 例3：计算最大流分布

图3

实验三、排对论系统分析

一、实验目的：

1、熟悉排队论中的数学模型；

2、掌握M/M/1、M/M/S排队系统分析方法。

二、实验内容

1、运筹学分析软件QA模块进行排队系统问题的求解；

2、选作运用C语言编写求解M/M/1和M/M/S排队系统分析程序；

例1：

小汽车作过境检查，到达平均速度为100辆/小时，是泊松流；检查一辆汽车平均需要15秒钟，为负指数分布。

试求稳态概率P（0），P（1），P（2），和系统中汽车数的期望值L，排队等待的汽车数的期望值Lq，过境检查全部时间的期望值W，等待检查时间的期望值Wq。

例2：

小汽车以10辆/小时的速率，按泊松流到达加油站，设服务一辆可划分为5个子工作：（1）询问加油数量；（2）检查油箱；（3）开泵加油；（4）加足给定数量，关泵；（5）向司机收款，设每个子工作为负数指数分布，且相互对立，均值为1/60小时/辆，试求各运行指标。

三、实验要求：

1、运筹学分析软件QA模块完成实验算例问题的求解；

2、对算例的求解结果进行分析；

3、选作编程要求：

用户可以选择排队系统形式进行计算；到达和服务方式可

以选择；计算结果包括：平均排队系统的平均顾客数和平均等候时间。

4、完成实验报告。

参考公式：

教材P111：公式（6—30）——（6—36），（6—42）——（6—45）

实验四、预测方法在交通工程中应用

一、实验目的：

1、了解交通运输系统中的工程可行性分析、方案设计等过程中常用的交通量预测方法；

2、掌握时间序列法的预测方法。

二、实验内容：

利用EXCEL 进行时间序列（多项式和指数形式）预测；

实例：利用下表进行南京市交通量预测

南京市历年人口、GDP 与客货运输量

南京市：

客运量与GDP 8071.0094.57GDP PT = ， 8768.02=R

客运量与人口（NP ） 1123814)(181141-=NP Ln PT ， 8785.02=R

货运量与GDP 2426.02487GDP

FT =, 7808.02=R

三、实验要求：

（1）完成实验内容中实例的交通预测；并进行预测结果的分析；

（2）完成实验报告。

《交通工程系统分析》设计性实验指导书

适用于交通工程本科专业一、实验目的与要求

通过对城市公交乘客的出行路径选择算法的设计，将使学生在《道路与交通工程系统分析》相关理论学习的基础上，更好地掌握有关城市道路网络的计算机表示方法、最短路径的求解方法，同时也将对学生进行交通规划、公共交通规划等专业知识的学习打下的初步基础。

实验要求学生设计出城市公交线网的计算机表示方法，并基于此设计出具有最短路径（优先选择具有最小换乘的最短路径）的乘客出行路径选择算法。

二、实验基本原理

1、城市公交线网的计算机表示方法

基于道路网络的邻接矩阵方法的基础上，设计城市公交网络的计算机存储方法。

2、公交出行的最小换乘

居民公交出行的优化目标往往将最小换乘最为第一目标。换乘系数即公交乘客在完成一次出行过程中所换乘的次数。

3、基于最小换乘的居民出行路径算法

即基于图论中的最短路径实现算法为基础，实现乘客出行公交站点（起终点）之间的路径选择，并以最小换乘和最短路径（可转换为经历公交站点最少）为目标。

三、实验主要技术要求

1）能够实现最小冗余的城市公交网络的计算机存储方法；

2）设计出公交乘客的公交出行路径选择算法；算法以最小换

乘为第一优化目标，最短距离为第二优化目标。

3）算法以桂林市现有公交线路5条以上作为测试网络。

四、设计性实验任务

1、实验课题

城市公交乘客的出行路径选择算法设计

2、实验设备

586以上计算机1台

3、实验步骤

（1）测试公交线网选择；

（2）完成测试公交网络站点等坐标的选取等；

（3）公交网络计算机的存储实现；

（4）乘客公交出行路径的选择算法设计；

（5）算法测试；

（6）完成实验报告。

4、成绩评定

成绩评定分有公交网络的计算机存储、乘客出行路径选择算法、算法测试及分析报告三部分组成，评定为优、良、中、及格、不及格。

其中公交网络的计算机存储占30％、乘客出行路径选择算法占40％、算法测试及分析报告占30％。

五、实验指导

基于“线路”的公交出行路径选择算法

1、初始化：先将要查询的起、迄站点r、s保存，判断是否为有效参数，即是否在已有线路站点的数据库中，如果判断为true，则作下面查询的步骤；否则退出程序循环。

2、找出经过起点r的所有线路集合T，经过终点s的所有路线集合P；并依次取出T中的每一条i做如下循环。

3、找出与当前线路i相交并且不在已经查询线路队列的线

路集合M，判断集合是否为空？如果非空，则进入步骤4；否则，退出查找。

4、逐条取出集合M中的线路x循环查找：判断当前线路x 是否在终点线路集合P中，如果是，则把查询到的线路集合传入结果构造函数去构造输出结果，并把结果列入输出结果字符串中，在界面显示给用户；如果不是，则把递归层数减1，把当前的线路x放到已经查找的线路集合，并把它从集合M中删除，返回步骤4。

5、返回步骤3继续循环。

《交通工程系统分析》实验考核

班级： 交通工程12级

（每批考核学时 2学时）

考核内容：

有如下路网，如图：

出行交通量调查表如下：

A

C

F