最短路径问题设计
13.4课题学习 最短路径问题教学设计
13.4 课题学习最短路径问题（第一课时）一、内容和内容解析1.内容利用轴对称研究某些最短路径问题。
2.内容解析最短路径问题是人教版八年级上册第十三章第四节内容，本节课以一个实际问题为载体开展对“最短路径问题”的课题研究，让学生将实际问题抽象为数学中线段之和最小问题，并建立数学模型,学会用数学的眼光观察现实世界.初步了解利用图形变换——轴对称的方法来解决最值问题，体会用数学的思维思考现实世界。
从内容上来看，在本章节之前学生已经学习了“两点之间，线段最短”“三角形两边之和大于第三边”等相关理论，以及简单的轴对称知识，这为过渡到本节的学习起着铺垫作用。
本节课既轴对称知识运用的延续，从初中数学的角度来看，也是中考数学的热点问题之一，本节课的教学内容是解决中考最值综合问题的基础，具有承上启下作用。
本节课的教学重点:利用轴对称将最短路径问题转化为“两点之间，线段最短”问题。
二、目标和目标解析1.目标（1）能利用轴对称解决简单的最短路径问题，体会图形的变化在解决最值问题中的作用，感悟转化思想。
（2）通过实际问题的提出，能够抽象为数学问题，并建立数学模型，利用所掌握的数学知识完成严谨的推理过程，然后再解决实际问题。
体会数学在实际生活中的价值。
2.目标解析达成目标 1 的标志是:学生能将实际问题中的“地点”“河”抽象为数学中的“点”“线"，把实际问题抽象为数学的线段和最小问题；能利用轴对称将线段和最小问题转化为“两点之间，线段最短”问题；能通过逻辑推理证明所求距离最短；在探索最短路径的过程中，体会轴对称的“桥梁”作用，感悟转化思想。
达成目标 2 的标志是：课题学习本身是考察综合能力，注重现实背景，学生能从生活中自己发现问题，并抽象成数学模型，掌握转化的探究方法，将不熟悉的模型转化成所学过简单的数学模型，通过合作探究，解决问题。
三、教学问题诊断分析已形成的：我校八年级学生已经学习轴对称相关的简单知识，掌握了“两点之间，线段最短”“三角形两边之和大于第三边”等相关理论，思维活跃，敢于尝试，具备一定的动手操作能力和小组合作意识，同时也具备一定的数学抽象能力和数学建模能力。
八年级数学上册《最短路径问题》教案、教学设计
4.方法指导：教师引导学生运用坐标系、网格纸等工具，将实际问题转化为数学模型。
5.课堂小结：总结解决最短路径问题的方法，提炼数学思想。
第二课时：巩固提高，解决实际问题
1.创设情境：提供一些实际生活中的问题，让学生运用所学知识解决。
2.自主探究：学生独立思考，尝试解决实际问题。
2.培养学生面对困难时，勇于挑战、积极思考的良好品质。
3.培养学生合作交流、共同解决问题的团队意识，提高沟通能力。
4.培养学生将所学知识运用到实际生活中的意识，增强学生的实践能力。
5.使学生认识到数学与现实生活的紧密联系，体会数学在解决实际问题中的价值，提高学生对数学学科的认识。
二、学情分析
八年级的学生已经具备了一定的数学基础，对于坐标系、距离计算等概念有初步的了解。在此基础上，他们对最短路径问题充满好奇心，但可能尚未形成系统性的解题思路和方法。因此，在本章节的教学中，应关注以下几个方面：
b.请学生尝试研究：在给定的条件下，如何判断两点之间是否存在最短路径？若存在，如何求解？
作业要求：
1.学生需独立完成作业，确保解题过程清晰、规范。
2.鼓励学生在解决最短路径问题时，尝试不同的方法和思路，培养创新意识。
3.做完作业后，学生应认真检查，确保答案正确，并对解题过程进行总结和反思。
4.作业完成后，及时上交，教师将进行批改和反馈。
五、作业布置
为了巩固本节课所学知识，提高学生解决最短路径问题的能力，特布置以下作业：
1.必做题：
a.请学生绘制一幅包含五个点的坐标系图，任意指定两个点作为起点和终点，找出所有可能的最短路径，并计算出它们的长度。
b.从教材或课外资料中选择两道最短路径问题的题目，运用课堂所学方法进行解答。
13.4最短路径问题教学设计
13.4最短路径问题设计课题 13.4最短路径问题授课年级学科数学课时安排 2 授课日期授课教师同头备课备课组长教学目标知识与技能：能够用轴对称的知识解决最短途的数学问题．过程与方法：在探索问题的过程中体会知识间的关系，感受数学与生活的联系．情感、态度与价值观：培养学生的应用意识和探究精神．教学背景分析教学重点利用轴对称的知识解决在一条直线同侧的两个点距离之和最短的问题教学难点利用轴对称的知识解决较为复杂的最短途问题学情分析学生已经学习了如何画一个图形关于某条直线对称的图形，并且具备了如下的知识基础：两点之间线段最短、三角形三边关系等知识，再准备好圆规、直尺，就可以进行本节课关于最短距离的探究了。
利用三边关系验证最短距离是本节课的难点。
教学方法启发式教具学具尺子、学案辅助媒体无教学结构（思路）设计【活动一】讲授启发：教师给学生创设一个课题，情境必须与实际经验相联系，使学生产生要了解它的兴趣；【活动二】任务导向、合作探究：给学生足够的资料，使学生进一步观察、分析，研究该课题的性质和问题所在；学生自己提出解决问题的设想，或暂提出一些尝试性的不同的解答方案。
学生自己根据设想，进行推理，以求得解决问题的方案；进行实验验证，学生要根据明确的假设方案亲自动手去做，以检查全过程所达到的结果是否符合预期的目的。
在做的过程中，自己发现这些设想、假设的真实性和有效性【活动三】巩固拓展【活动四】布置作业教学活动设计教学活动包括：情境创设/活动构建(自主、合作、探究、展示) /评价检测/巩固提高/预习、复习等方面教师活动学生活动设计意图【活动一】讲授启发复习线段的垂直平分线有什么性质将军饮马问题：在古罗马时代，传说亚历山大城有一位精通数学和物理的学者，名叫海伦．一天，一位罗马将军专程去拜访他，向他请教一个百思不得其解的问题．将军每天从军营A出发，先到河边饮马，然后再去河岸同侧的B地开会，应该怎样走才能使路程最短？从此，这个被称为“将军饮马”的问题广泛流传．这个问题的解决并不难，据说海伦略加思索就解决了它．其实用我们所学的知识就能解决，你知道怎么做吗？【活动二】任务导向、合作探究问题1 两点在一条直线异侧已知：如图，A，B在直线L的两侧，在L上求一点，使得PA+PB最小。
最短路径问题教学设计
l A 13.4课题学习 最短路径问题（第1课时）一、教学内容分析本节课是人教版八年级数学上册第十三章《轴对称》的课题学习，在学习了三角形、全等三角形及轴对称这三章后，学生全面掌握了轴对称这一特殊全等形，从而具备了解决本课问题的知识基础。
课题学习中，总共提出了两个问题，分别利用轴对称和平移解决，第1课时准备解决第一个问题。
二、教学目标分析数学来源于生活，因此，要让学生会将生活中的实际问题转化成数学问题，用数学中的图形、符号来表示生活中的实例。
同时，根据本节课的要求，能够利用轴对称来解决此类问题。
基于以上考虑，确定本节课的教学目标和重难点如下：1、能够将实际问题转化成数学问题，完成具体到抽象的转换；2、能利用轴对称解决简单的最短路径问题；3、通过具体实例感受数学来源生活、服务生活，调动学生的数学学习兴趣，培养学生的数学应用意识。
重点：利用轴对称解决两条线段和最短问题难点：如何把问题转化成“两点之间，线段最短”三、教学过程设计1、知识储备轴对称性质，跟“最短”有关的定理“两点之间，线段最短”，“点到直线的所有连线中，垂线段最短”。
如图，牧马人从A 地出发，到一条笔直的河边l 饮马，到河边的什么地方最近？若牧马人从A 地出发，淌过笔直的小河l 到另一边的B 地，怎样的路径最短？【设计意图】让学生回忆旧知，为解决问题准备好称手的工具。
2、问题铺垫如图，点A 、B 分别是直线l 异侧的两个点，如何在l 上找到一个点，使得这个点到点A 、B 的距离和最短？容易寻找到方法：连接AB ，与直线l 的交点即为所求，根据“两点之间，线段最短”可证l A lB'明。
【设计意图】从已有知识出发，给出一个解决问题的基础。
3、情景导入如图，牧马人从A 地出发，到一条笔直的河边l 饮马，然后到B 地，牧马人到河边的什么地方饮马，可使所走的路径最短？转换成数学问题：如图，把河边l 近似地看成一条直线，在直线l 上寻找一处点C ，使得AC+BC 的和最小。
最短路径问题教学设计
最短路径问题教学设计【教材分析】【教学目标】【知识与技能】1、通过最短路径问题的探索，进一步了解和掌握两点之间线段最短和垂线段最短，感悟转化思想。
2、能做出一个图形经过轴对称变化后的图形。
3、能利用轴对称变化解决日常生活中的问题。
【过程与方法】让学生经历运用所学知识解决问题的过程，培养学生解决问题的能力，掌握探索最短路径问题的思想和方法。
【情感态度价值观】在数学学习中获得成功的体验，树立自信心，激发学生的学习兴趣，让学生感受到数学与现实生活的密切联系。
【教学资源】网络教室及作图工具。
【教具】作图工具、黑板、粉笔网络教室。
有助自主学习，和探索的问题情境使【学生在活动丰富，思维积极的状态中进行探究学习，组织好合作学习，并对合作过程进行引导，使学生朝着有利于知识构建的方向发展。
【教学策略】利用教学资源网站，通过创设具有启发性的、学生感兴趣的【教学重难点】重点：应用所学知识解决最短路径问题。
难点：选择合理的方法解决问题。
一、创设情境思考：1、两点的所有连线中，最短;2、连接直线外一点与直线上各点的所有线段中，最短。
我们研究过以上这两个问题，我们称它们为最短路径问题。
同学们通过讨论下面两个问题，可以体会如何运用所学知识选择最短路径。
（揭示课题）二、问题探究师：利用多媒体出示问题1.问题1：如图，牧马人从A地出发，到一条笔直的河边L饮马，然后到B地，牧马人到河边的什么地方饮马，可是所走的路径最短？图（1）师：现在假设点A、B分别是直线l异侧的两个点，如何在l上找到一个点，使得这个点到点A、点B的距离的和最短？生：举手回答师：归纳结果连接AB与直线L相交于一点，根据“两点之间，线段最短”，可知这个交点即为所求。
思考：如果点AB分别是直线L同侧的两个点，又应该如何解决？图（2）生：讨论交流.思考：1、牧马人到笔直的河边饮水，可以近似看成一个条直线，假设到C点饮水，要保证所走的路径最短和哪些线段有关？2、要利用我们学过的哪些知识？要经过怎样的图形变换转移到一条线段上？生：分组交流合作，在小组内达成共识的基础上，推选代表进行板演。
134将军饮马——最短路径问题教学设计
134将军饮马——最短路径问题教学设计13.4将军饮马——最短路径问题教学设计一、教学内容解析为了解决生产，经营中省时省力省钱而希望寻求最佳的解决方案而产生了最短路径问题.初中阶段，主要以“两点之间，线段最短”，“连接直线外一点与直线上各点的所有线段中，垂线段最短”，为理论基础，有时还要借助轴对称、平移、旋转等变换进行研究.本节内容是在学生研究平移、轴对称等变换的基础上对数学史中的一个经典问题——“将军饮马问题”为载体进行变式设计，开展对“最短路径问题”的课题研究，让学生经历将实际问题抽象为数学的线段和最小问题，再利用轴对称、平移将线段和最小问题转化为“两点之间，线段最短”的问题.从中，让学生借助所学知识和生活经验独立思考或与他人合作，经历发现问题和提出问题，分析问题和解决、验证问题的全过程，感悟数学各部分内容之间，数学与实际生活之间及其他学科的联系，激发学生研究数学的兴趣，加深对所学数学内容的理解，它既是轴对称、平移知识运用的延续，又能培养学生自行探究，学会思考，在知识与能力转化上起到桥梁作用。
基于以上分析，本节课的教学重点确定为：[教学重点]利用轴对称、平移等变换将最短路径问题转化为“两点之间，线段最短”问题.二、教学目标解析新课程标准明确要求，数学研究不仅要让学生获得必要的数学知识、技能，还要包括在启迪思维、解决问题、情感与态度等方面得到发展.因此，确定教学目标如下：[教学目标]能利用轴对称、平移解决简单的最短路径问题，体会图形的变化在解决最值问题中的作用，感悟领会转化的数学思想，培养学生探究问题的兴趣和合作交流的意识，感受数学的实用性，体验自己探究出问题的成就感.[目标解析]达线目标的标志是：学生能将实际问题中的“地点”、“河”、“草地”抽象为数学中的“点”、“线”，把最短路径问题抽象为数学中的线段和最小问题，能利用轴对称将处在直线同侧的两点，变成两点处在直线的异侧，能利用平移将两条线段拼接在一起，从而转化为“两点之间，线段最短”问题，能经由进程逻辑推理证实所求距离最短，在探索问题的进程中，体会轴对称、平移的感化，体会感悟转化的数学思想.三、学生学情诊断八年级的学生直接经验少，理解本领差，抽象思维水平较低，处于直觉经验型思维向逻辑思维的过渡阶段，辩证思维还只是处在萌芽和初始的状态上.最短路径问题从本质上说是最值问题，作为初中生，在此前很少涉及最值问题，解决这方面问题的数学经验尚显不足，特别是面对具有实际背景的最值问题，更会感到陌生，无从下手.解答：“当点A、B在直线的同侧时，如何在上找点C，使AC与CB的和最小”，需要将其转化为“直线异侧的两点，与上的点的线段和最小”的问题，为什么需要这样转化，怎样通过轴对称实现转化，一些学生会存在理解和操作方面的困难.在证实“最短”时，需要在直线上任取一点，证实所连线段和大于或等于所求作的线段和.这种思路和办法，一些学生还想不到.在解答“使处在直线两侧的两线段和最小”的问题，需要把它们平移拼接在一起，一些学生想不到.教学时，教师可以让学生首先思考“直线的异侧的两点，与上的点的线段和最小”，给予学生开导，在证实“最短”时，点拨学生要另选一个量，经由进程与求证的那个量举行比较来证实，同时让学生体会“任意”的感化，因此确定本节课的教学难点为：[教学难点]如何利用轴对称将最短路径问题转化为线段和最小问题.四、教学策略分析建构主义理论的核心是“知识不是被动接受的而是认知主体积极建构的.”根据本节课的教学目标、教材内容以及学生的认知特点和实际水平，教学上采用“引导——探究——发现——证明——归纳总结”的教学模式，鼓励引导学生、开动脑筋、大胆尝试，在探究活动中培养学生创新思维与想象能力.教师的教法：突出解题办法的引导与开导，注重思维惯的造就，为学生搭建介入和交流的平台.经由进程对“将军饮马问题”而改编与设计，增强数学教室兴趣性,相同背景，不同问题，由浅入深、层层递进，有利于学生分析与解决问题，同时利用现代的信息技术，直观地展示图形的变化进程，进步学生研究兴趣与激情.学生的学法：突出探究与发现，思考与归纳提升，在动手探究、自主思考、互动交流中，获取知识与能力.5、教学基本流程探索新知——运用新知——拓展新知——提炼新知——课外思考六、教学过程设计（一）探索新知1、建立模型问题1唐朝诗人XXX的诗《古从军行》开头两句说：“白日登山望烽火，黄昏饮马傍交河”．诗中隐含着一个有趣的数学问题．如图1所示，诗中将军在观望烽火之后从山脚下的指挥部A地出发，到一条笔直的河边使他所走的路线全程最短？追问1，这是一个实际问题，你打算首先做什么呢？师生活动：将A、B两地抽象为两个点，将河抽象为一条直线饮马，然后到军营B地，到河滨什么地方饮马可追问2，你能用自己的语言说明这个问题的意思，并把它抽象为数学的问题吗？师生活动：学生交流讨论，回答并相互补充，最后达成共识：（1）行走的路线：从A地出发，到河边饮马，然后到B 地；上的点.设C为直线l（2）路线全程最短转化为两条线段和最短；（3）现在的问题是怎样找出使两条线段长度之和为最短的直线上的一个动点，上面的问题转化为：当点C在的什么位置时，AC与CB的和最小［设计意图］从数学史上久负盛名的“将军饮马问题”引入，增长学生们的数学底蕴，进步其人文思想.同时引导学生分析题意，画出图形.将实际问题转化为数学问题更有利于分析问题、解决问题.2、解决问题问题2如图点A、B在直线的同侧，点C位直线位置时，AC与CB的和最小？上的一个动点，当点C在的什么师生活动：让学生独立思考、画图分析，并展示如果学生有困难，教师作如下提示：（1）如图，如果军营B地在河对岸，点C在此受到什么启发呢？的什么位置时，AC与CB的和最小？由（2）如图，如何将点B“移”到保持CB与CB´的长度相等？的另一侧B´处，且满足直线上的任意一点C，都学生在老师的开导引导下，完成作图.［设计意图］先通过学生对本题的思考尝试，并展示，师生共同纠错，提高认识与辩证思想，再通过老师的引导启发明白解决这个问题应该运用轴对称的性质，将两点在直线同侧的问题，转化为两点在直线异测的问题，提高学生的空间想象能力与逻辑思维能力，让学生在思考和解决问题的过程中，提高甄别是非的能力，感悟转化的数学思想.3、证明“最短”问题3，为什么这种作法是正确的呢？你能用所学的知识证明AC+CB最短吗？师生活动：分组讨论，教师引导点拨，结合多媒体的演示，师生共同完成证明过程.证明：如图，在直线上任取一点Cˊ.连接AC´、BC´、B´C´.由轴对称的性质可知：BC=B´CBC´.=B´C´∴XXX=AB´AC´+BC´=AC´+B´C´当C´与C不重合时AB´＜AC´+C´B´∴AC+BC＜AC´+C´B当C´与C重合时AC+BC=AC´+C´B总之，AC+BC≤AC´+C´B即AC+BC最短［设计意图］利用现代信息技术，经由进程移动点C´的位置，可发觉：当C´与C不重合时，AC+BC＜AC´+C´B，当C´与C重合时，XXX让学生很容易知道AC+BC最短，消除学生的疑虑，发挥了多媒体的感化，让学生进一步体会作法的正确性，进步了逻辑思维本领.4、小结新知回顾前面的探究进程，我们是经由进程怎样的进程，借助什么解决问题的？体现了什么数学思想？师生活动：学生回答，并相互补充.［设计意图］让学生在反思的过程中，体会轴对称的“桥梁”作用，感悟转化思想，明确解题的方法与策略，为后面进一步的研究探究做准备.（二）运用新知XXX，如果将军从指挥部A地出发，先到河滨a某一处饮马，再到草地边b某一处牧马，然后来到军营B地，请画出最短路径.师生活动：分组讨论，教师点拨，点学生上台操作演示，画出最短路径.［设计意图］对前面所学的解题办法与思路得以巩固，让学生构成技能，进一步体会感悟数学中的转化思想，点学生下台操作演示，进步他们的学生兴趣与理论本领，体会成功的高兴，激发他们进一步探究问题的欲望.（三）拓展新知有一天，将军突发奇想：如果从指挥部A地出发，到一条笔直的河边a某处饮马，然后沿着河边行走一定的路程，再来到军营B地，到河边什么地方饮马可使所走的路线全程最短？师生举动：1、老师首先解释行走肯定的路程的含义，引导学生将实际问题抽象为数学问题，再提出如下问题：（1）要使所走的路线全程最短，实际上是使几条线段之和最短？（2）怎样将问题转化为“两点之间，线段最短”的问题.2、分组讨论，师生共同分析.3、完成作图，体会作图的步调与分析问题的思路的联系与区别.［设计意图］本题在“将军饮马问题”的背景下进行改编，有造桥选址问题的影子，既增强了课堂教学的趣味性，又完成了教学任务，可谓一举两得..教学由问题引领，老师引导，学生小组合作讨论交流的方式，充分发挥现代信息技术的作用完成分析与解答的过程，让学生学得轻松与愉悦，培养了学生的应用意识、创新意识、综合与分析能力，在解决问题的过程中，体会作图题的解题方法与策略.让学生的能力得到进一步锻炼与提高.（四）提炼新知师生一起回顾本节课所学的主要内容，并请学生回答以下问题：1、本节课研讨问题的进程是什么？2、解决上述问题运用了什么知识？。
人教版数学八年级上册13.4最短路径问题优秀教学案例
2.组织学生进行课堂展示，让他们分享自己的学习心得和解决问题的方法，培养他们的表达能力和沟通能力。
3.教师对学生的学习过程和结果进行评价，关注他们的进步和成长，激发他们的学习动力。
（五）作业小结
1.布置具有实践性和拓展性的作业，让学生运用所学知识解决实际问题，提高他们的应用能力。
2.要求学生在作业中总结最短路径问题的解决方法，培养他们的归纳总结能力。
3.教师对学生的学习过程和结果进行评价，关注他们的进步和成长，激发他们的学习动力。
四、教学内容与过程
（一）导入新课
1.利用多媒体展示实际，激发他们的学习兴趣。
2.设计具有挑战性和趣味性的实例，让学生在解决问题的过程中，自然引入最短路径问题的概念和方法。
3.创设合作交流的氛围，让学生在小组内共同探讨问题，激发他们的思考和创造力。
（二）讲授新知
1.引导学生关注最短路径问题的本质，即寻找两点间的最优路径，让学生在解决问题的过程中，自然而然地掌握相关知识。
2.通过提问、设疑等方式，引导学生思考最短路径问题的解决方法，激发他们的求知欲和好奇心。
3.讲解最短路径问题的解决方法，如坐标系法、动态规划法、图论等，让学生了解多种解决思路。
3.教师及时批改作业，给予学生反馈，帮助他们发现不足，提高学习效果。
本节课的教学内容与过程注重知识的传授、方法的训练和情感的培养，充分体现了教育的人文关怀和学生的全面发展。通过本节课的学习，学生将更好地掌握最短路径问题的解决方法，提高他们的数学素养和实际应用能力，为未来的学习和生活打下坚实基础。
人教版八年级数学上册《课题学习 最短路径问题(第2课时)》示范教学设计
课题学习最短路径问题（第2课时）教学目标1．利用平移、轴对称解决最短路径的问题，进一步感悟化归思想．2．将实际问题抽象成几何图形的过程中，培养学生用符号语言和图形语言表达数学问题的能力．教学重点利用平移、轴对称解决最短路径的问题．教学难点体会图形的变化在解决最短路径问题中的作用，感悟化归思想．教学过程知识回顾上节课我们研究了两类最短路径问题：1．点A，B在直线l异侧：2．点A，B在直线l同侧：【师生活动】教师提出问题，学生作答．【设计意图】通过复习已研究过的最短路径问题，为引出本节课的课题“造桥选址问题”作铺垫．新知探究一、探究学习【问题】（造桥选址问题）如图，A和B两地在一条河的两岸，现要在河上造一座桥MN，桥造在何处可使从A到B的路径AMNB最短？（假定河的两岸是平行的直线，桥要与河垂直．）【师生活动】教师提问：1．这是一个实际问题，想一想可以把它抽象为怎样的数学问题？学生思考并回答：可以把河的两岸看成两条平行线a和b（如图），N为直线b上的一个动点，MN垂直于直线b，交直线a于点M．当点N在直线b的什么位置时，AM＋MN＋NB最小？教师提问：2．问题是否可以转化？学生回答：由于河岸宽度是固定的（MN长度固定），当AM＋NB最小时，AM＋MN ＋NB最小．所以问题可以转化为：当点N在直线b的什么位置时，AM +NB最小．教师提问：3．能否通过图形的变化将问题转化为之前研究过的问题呢？教师提示：可以考虑将问题转化为两点在直线异侧，连接A，B两点，与直线的交点即为N．依据：两点之间，线段最短．根据提示，学生思考并回答：将AM沿与河岸垂直的方向平移，点M移动到点N，点A移动到点A′，则AA′＝MN，AM＋NB＝A′N＋NB．所以问题转化为：当点N在直线b的什么位置时，A′N＋NB最小？教师提问：4．这是我们上节课讲的哪种类型？问题应该怎样解决？学生回答：这是我们研究的两点在直线异侧时求最短路径问题．在连接A′，B两点的线中，线段A′B最短．线段A′B与直线b的交点N的位置即为所求，即在点N处造桥MN，所得路径AMNB是最短的．教师提问：5．试着说一下作图过程．学生独立思考后，尝试画图，寻求符合条件的点，然后小组交流，学生代表汇报交流结果，师生共同补充．作法：（1）将A沿与河岸垂直的方向平移到A′，使AA′的长度等于桥长；（2）连接A′B，交直线b于点N，点N即为所求；（3）过N作NM⊥a于M，线段MN即为桥的位置．此时从A到B的路径AMNB最短．教师提问：6．你能试着证明一下吗？师生共同分析，然后学生说明证明过程，教师板书．证明：在直线b上任取一点N′，过点N′作N′M′⊥a，连接AM′，A′N′，N′B，由平移性质可知，AM＝A′N，AM′＝A′N′．所以AM＋NB＝A′N＋NB＝A′B，AM′＋N′B＝A′N′＋N′B．由“两点之间，线段最短”可知：A′B＜A′N′＋N′B，即AM＋NB＜AM′＋N′B，即AM＋MN＋NB＜AM′＋M′N′＋N′B．【归纳】在解决最短路径问题时，我们通常利用轴对称、平移等变化把已知问题转化为容易解决的问题，从而作出最短路径的选择．【设计意图】通过证明得出新知，让学生进一步体会作法的正确性，提高逻辑思维能力．二、典例精讲【例题】已知线段a，点A，B在直线l的同侧，在直线l上求作两点P，Q（点P在点Q的左侧）且PQ＝a，使得四边形APQB的周长最小．【师生活动】教师分析：先在直线l上取PQ＝a（如图），连接AP，QB，AB，此时在四边形APQB中，线段PQ和线段AB的长度是固定的，所以当AP＋QB最小时，四边形APQB的周长最小．学生根据分析尝试说出作图过程，教师板书．【答案】作法：（1）将点A沿直线l的方向平移到A′，使得AA′＝a；（2）作A′关于直线l的对称点A′′；（3）连接A′′B，与直线l交于一点Q，Q即为所求点；（4）在点Q左侧取点P，使得PQ＝a，P即为所求点．连接AP，AB，所得四边形APQB的周长最小．【设计意图】让学生进一步巩固解决最短路径问题的基本策略和基本方法．课堂小结板书设计一、将军饮马问题（复习）二、造桥选址问题。
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目录第1章绪论 (1)1.1 问题描述 (1)1.2 问题分析 (1)1.3 相关标识（名词定义） (1)1.4 本文主要研究内容 (2)第2章算法设计与实现 (3)2.1 穷举法 (3)2.1.1穷举法描述 (3)2.1.2穷举法设计 (3)2.1.3 穷举法分析 (6)2.2 回溯法 (6)2.2.1 回溯法描述 (6)2.2.2 回溯法设计 (6)2.2.3 回溯法分析 (9)2.3 贪心法 (10)2.3.1 贪心法描述 (10)2.3.2 贪心法设计 (10)2.3.3 贪心法分析 (12)2.4 动态规划法 (12)2.4.1 动态规划法描述 (12)2.4.2 动态规划法设计 (12)2.4.3 动态规划法分析 (14)第3章实验结果分析与算法对比 (15)3.1 输入数据 (15)3.2 实验结果与分析 (15)3.3 算法分析与对比 (17)第4章总结与展望 (18)参考文献 (19)第1章 绪论1.1 问题描述最短路径问题是图论理论的一个经典问题。
寻找最短路径就是在指定网络中两结点间找一条距离最小的路。
最短路不仅仅指一般地理意义上的距离最短，还可以引申到其它的度量，如时间、费用、线路容量等。
最短路径算法的选择与实现是通道路线设计的基础，最短路径算法是计算机科学与地理信息科学等领域的研究热点，很多网络相关问题均可纳入最短路径问题的范畴之中。
经典的图论与不断发展完善的计算机数据结构及算法的有效结合使得新的最短路径算法不断涌现。
本文主要解决的问题是：给定带权有向图G ＝(V , E)，对任意顶点i v ,j v ∈V （i ≠j ），求顶点i v 到顶点j v 的最短路径。
即给定一个有向图，再给出任意2个不相邻的顶点，求2个顶点之间的最短距离。
1.2 问题分析给定一个带权有向图G ＝(V , E )中的各个顶点之间的权值，对任意输入2个顶点i v ,j v ∈V （i ≠j ），求出从i v 到j v 的最短路径。
输入：节点数目N ，邻接矩阵VR[N][N]约束条件：i k m j v v v v --… 其中，,,,(i k m )i k m j v v v v V j ∈≠≠≠输出（目标函数）：min{ Dist(i v ,j v ) }1.3 相关标识（名词定义）（1）时间复杂度算法的时间复杂性是指执行算法所需要的时间。
一般来说，计算机算法是问题规模n 的函数f (n)，算法的时间复杂性也因此记做T (n) O( f (n))。
因此，问题的规模n 越大，算法执行时间的增长率与f (n)的增长率正相关，称作渐进时间复杂性。
（2）空间复杂度空间复杂度(Space Complexity)是对一个算法在运行过程中临时占用存储空间大小的量度。
一个算法在计算机存储器上所占用的存储空间，包括存储算法本身所占用的存储空间，算法的输入输出数据所占用的存储空间和算法在运行过程中临时占用的存储空间这三个方面。
算法空间复杂度的计算公式记作：S(n)= O(f(n))，其中，n为问题的规模，f(n)为语句关于n所占存储空间的函数。
（3）图的基本概念图：由顶点集V和顶点间的关系集合E（边的集合）组成的一种数据结构，可以用二元组定义为：G=（V,E）。
有向图：在图中，若用箭头标明了边是有方向性的，则称这样的图为有向图。
权：在图的边或弧中给出相关的数，称为权。
权可以代表一个顶点到另一个顶点的距离，耗费等，带权图一般称为网。
邻接矩阵：表示一个图的常用存储表示。
它用两个数组分别存储数据元素（顶点）的信息和数据元素之间的关系（边或弧）的信息。
1.4 本文主要研究内容本文共分为4章，具体组织结构如下：第1章绪论。
本章主要对最短距离问题进行描述和问题进行分析，同时针对一些名词进行定义和解释。
第2章算法的设计与实现。
本章主要针对最短距离问题是用穷举法、回溯法、贪心法、动态规划法实现，并对算法进行描述、设计和分析。
第3章实验结果分析与算法对比。
本章主要对输入数据阐述，并对实验结果进行分析和算法分析与对比。
第4章总结与展望。
总结了本文的主要工作、重要贡献以及存在的不足，提出了进一步的工作内容，并对以后的研究工作进行了展望。
第2章算法设计与实现2.1 穷举法2.1.1穷举法描述穷举搜索（Exhaustive Search Algorithm）法又称列举法，其基本思想是逐一列举问题所涉及的所有情况。
穷举法常用于解决“是否存在”或“有多少种可能”等问题。
穷举法的算法特点是算法简单，但是运行时所花费的时间量大，需要将问题所涉及的有限种情形须一一列举，既不能重复，又不能遗漏。
用穷举法实现广度优先搜索。
广度优先搜索算法是最简便的图的搜索算法之一，这一算法也是很多重要的图的算法的原型。
其别名又叫BFS，属于一种盲目搜寻法，目的是系统地展开并检查图中的所有节点，以找寻结果。
换句话说，它并不考虑结果的可能位址，彻底地搜索整张图，直到找到结果为止。
2.1.2穷举法设计对问题使用广度优先遍历，将所有可能的结果首先保存起来，再在结果中查找最短路径的结果，打印出来。
其算法流程如图2.1所示，其算法步骤可以描述为如下：（1）从文件中读取图的节点数目、读取节点数目Npoint、起始点Start、结束点End、邻接矩阵**WeightArry。
（2）动态分配存储空间MyMark[Npoint!]。
（3）初始化路径存储状态为可更新状态和第0个路径，MyMark[*].state=0 MyMark[*].path[0]=Start。
（4）依次更新MyMark的第1到（Npoint-1）路径。
1）计算每次更新存储空间数目 m = (Npoint-i-1)!；2）依次更新j = 0到(Npoint!/m)组存储路径的节点；a.判断存储是否可以更新，不可以则返回到2)，即判断MyMark[m*j] == 0 ？；b.计算出第i-1个路径之后的下一个路径nextPathPoint，并得到2个点之间的距离;c.将路径更新到MyMark[m*j + k]中；d.判断nextPathPoint是否已经是最终的点，更新该组存储空间状态为完成；e.判断距离是否不可以到达，更新该组存储空间状态为不可到达。
（5）在MyMark中查找出总代价最短的点，打印结果。
其中说明如下：（1）对2个节点之间不可到达，编程时候用MAXSIZE=1000代替。
（2）读取文件方法已经封装为一个类CfileRead，其中可以返回文件是否异常、节点数目、起始点、终点等信息。
（3）邻接矩阵**WeightArry为动态分配的二维指针，用来存放节点的权值。
（4）节点名称省略，统一用0、1、2……来标示。
（5）MyMark[Npoint!]为动态分配的存储遍历信息的结构体，类型为mark，结构体定义为：typedef struct mark{int price; //int n; //路径数目，含头尾int path[MAXPOINT + 1]; //存储路径int states; //0:正常；-1，此路不通；1此路已经结束}mark;Price：为这条路径的总代价；n：标示这条路径节点数目；path：依次存放的路径编号；states：标示这条路径的状态：1为完成了从初始点到终点、0为该路径还没有完成、-1为该路径已经不可到达。
（6）在路径更新中，起点均为iStart，然后循环往后依次增加不重复的路径，不重复指的是不与本存储中的路径冲突。
实现函数： int getArryBigM(int arr[], int n, int N, int M);函数功能：返回比原来arr数组中最后一个数，大于M的不重复数字。
返回值：-1即没有这个数；否则返回应该填入数据。
输入：arr 数组， n 数组中个数, N最大值, M为加多少。
图2.1穷举法流程图（最短距离）2.1.3 穷举法分析针对本最短路径问题，穷举法实现比较简单，但是时间复杂度和空间复杂度比较大，空间复杂度为O(n!)，时间复杂度为2O(n )。
在这里可以对算法进行如下改进：设定一个变量MinPrice=MAXSIZE 存储当前代价最小值，首先判断i v 到j v 是否可以直接到达，可以则将其距离更新为最小代价值MinPrice ，在以后的遍历中，路径的代价如果大于MinPrice 则设置其状态为不可到达；若路径已经完成，且代价小于MinPrice ，则MinPrice 用现有完成路径代价替换。
2.2 回溯法2.2.1 回溯法描述回溯法（Back Tracking Algorithm ）是一种优选搜索法，按优选条件向前搜索，以达到目标。
为了实现回溯， 首先需要为问题定义一个解空间， 这个解空间必须至少包含问题的一个解（可能是最优的）。
然后将所有的解组织在一起形成解空间，一般的解空间的组织方法是图或树。
最后在这个解空间的组织方法下可按照深度优先的方法从开始结点进行搜索。
在搜索过程中，探索到某一步时发现原先的选择并不是最优或者达不到目标，就会退一步重新选择，而在回溯法中，利用限界函数可以避免移动到不可能产生解的子空间以提高算法效率。
利用回溯法实现深度优先搜索。
深度优先搜索属于图算法的一种，英文缩写为DFS 即Depth First Search.其过程简要来说是对每一个可能的分支路径深入到不能再深入为止，而且每个节点只能访问一次。
2.2.2 回溯法设计针对2个顶点之间的最短路径问题使用回溯的方法解决，借用深度优先遍历的思想解决该问题，设置标记变量flag ，如果标记变量为真，则打印结果，否则此2个顶点之间不可以到达。
其算法流程如图2.2所示，其算法步骤可以描述为如下：（1）从文件中读取图的节点数目、读取节点数目Npoint、起始点Start、结束点End、邻接矩阵**WeightArry。
（2）初始化结果存储变量result_old，Result_old.price = MAXSIZE，设置标记flag=0。
（3）初始化临时存储变量result_new，result_new.path[*] = Start，路径数目Result_new.n = 1。
（4）判断result_new.n >= 1 ？？不满足，则执行（5）。
1）获取满足相关条件的下一个下标iPathEnd。
2）判断 iPathEnd！=Start&&约束条件？不满足则转向1），否则继续。
3）判断iPathEnd==End？，是则更新result_old = result_new；将原来结果中的代价加上当前代价；将原来结果中的节点数加1，falg=1；转向（4），否则执行下一步4）。
4）判断iPathEnd != Start？，满足则将当前路径信息添加到result_new中，result_new.n++，result_new的代价加上当前代价，转向（4）；否则继续转向5）。