进路搜索的数据结构与算法及其仿真
高性能物理仿真引擎设计与实现
高性能物理仿真引擎设计与实现摘要：本文将探讨高性能物理仿真引擎的设计与实现。
物理仿真引擎是一种软件工具，能够模拟和计算现实世界中物体的运动和相互作用。
高性能物理仿真引擎的设计需考虑到计算效率、精确度和实时性等方面的要求。
在本文中，我们将介绍物理仿真引擎的工作原理、关键技术、设计流程以及性能优化的方法。
同时，我们还将基于实例，展示一个高性能物理仿真引擎的实现过程。
1. 引言物理仿真引擎是一种能够模拟真实世界物理规律的软件工具。
它被广泛应用于游戏开发、虚拟现实、工程仿真等领域。
高性能物理仿真引擎的设计和实现对于实时计算、大规模并行计算和复杂物理模型的处理具有重要意义。
2. 物理仿真引擎的工作原理物理仿真引擎基于牛顿力学和运动学原理，将物体运动和相互作用的规律转化为数学表达式。
通过数值计算和迭代，确定物体在每个时间步的位置、速度和加速度等参数。
基本的工作原理包括模拟物理力、模拟碰撞检测和处理、模拟约束和关节等。
其中，模拟物理力是模拟物体之间的运动和相互作用力；模拟碰撞检测和处理用于模拟物体之间的碰撞情况；模拟约束和关节用于模拟物体的约束和连接关系。
3. 关键技术在设计高性能物理仿真引擎时，需要考虑以下关键技术：3.1 并行计算：利用并行计算技术，将物理仿真任务分解为多个子任务，通过多线程或分布式计算来提高计算效率。
3.2 碰撞检测算法：使用高效的碰撞检测算法，如包围盒树、分离轴定理等，以减少碰撞检测的计算量。
3.3 物体的层次化表示：将物体的网格模型按照层次结构进行划分，以提高碰撞检测的效率。
3.4 连续碰撞检测：为了处理高速运动物体的碰撞情况，引入连续碰撞检测算法，如基于时间的表面扫描算法。
3.5 约束求解算法：用于处理物体的约束和关节问题，如迭代求解算法、拉格朗日乘子法等。
4. 高性能物理仿真引擎的设计流程在设计高性能物理仿真引擎时，可以按照以下流程进行：4.1 确定需求：明确物理仿真引擎的应用领域和性能要求，包括计算效率、精确度和实时性等。
状态空间图和搜索树-QiQiportfolio-Homepage
演示视频：有深/浅水的迷 宫 --- DFS, BFS, or UCS ? (2)
演示视频：有深/浅水的迷 宫 --- DFS, BFS, or UCS ? (3)
树搜索 VS 图搜索
树搜索的思考
没有检测重复出现的状态，导致产生节点成树深度的指数增长
状态图
O(m)
搜索树
O(2m)
通用树搜索算法
基于成本的统一搜索
策略：首先扩展一个成本最低 的节点
前沿用优先级队列存储
(优先级：累计成本）
2a
b1 8 c
3 S
d
2e
9
h8
1 p 15 q
G
2 2f
1
r
成本 轮廓
S0
d3
e9
b 4 c 11 e 5 a 6 a h 13 r 7
h 17 r 11 pq f
p q f8 q q 11 c G 10
state parent action
= result(node.state,a) = node =a
54 6 1 88 7 3 22
path-cost = node.path-cost + step-cost(node.state, a, self.state)
PARENT
Node
STATE
ACTION = Right PATH-COST = 6
演示视屏：迷宫 DFS/BFS (1)
演示视屏：迷宫 DFS/BFS (2)
迭代加深
想法: 结合DFS的空间优势，和BFS的时 间/搜寻浅解的优势
◦ 运行一次深度限制为1的DFS,如果没有 解，…
◦ 运行一次深度限制为2的DFS,如果没有解, 继续
【专业介绍】仿真科学与技术专业介绍
【专业介绍】仿真科学与技术专业介绍仿真科学与技术专业介绍一、专业概述仿真科学与技术专业主要从事计算机仿真、系统建模方法、数据分析理论与方法、模型效验理论与应用、虚拟现实、计算机仿真软件、通用仿真计算机、3d数据处理、计算机控制等方面的研究，并学习和探讨这些领域的开发、应用的关键技术。
本专业显著特点是多学科交叉、知识更新快、社会需求量大。
仿真科学与技术专业了解二、培养目标仿真科学与技术专业旨在培养德智体全面发展，具有良好的科学素养和文化修养，系统地掌握本专业的基础理论、基本方法和基本技能，受过科学研究与实际应用的初步训练、具有一定的创新能力，能够在计算机仿真领域从事科学研究、工程设计、应用开发、运营管理等方面的高级复合型人才。
仿真科学与技术专业了解三、培育建议仿真科学与技术专业主要从事计算机仿真、系统建模方法、数据分析理论与方法、模型效验理论与应用、虚拟现实、计算机仿真软件、通用仿真计算机、3d数据处理、计算机控制等方面的研究，并学习和探讨这些领域的开发、应用的关键技术。
本专业显著特点是多学科交叉、知识更新快、社会需求量大。
本科毕业生应具有良好的科学素质，系统掌握本专业的基本理论、基本知识和基本技能；受到良好的科学思维和科学实验的基本训练；对计算机仿真的相关技术具有应用能力和初步设计能力；对计算机仿真及相关学科的新发展及应用前景有所了解；掌握系统科学研究的一般方法；熟练应用各种建模工具和实时3d 数据引擎；能熟练掌握一门外国语，能阅读本专业的外文资料；毕业生具有一定的研究、应用、开发、管理及分析、解决一般实际问题的能力。
仿真科学与技术专业了解四、课程设置学科平台课程：计算机仿真导论、图论、数据结构、数字逻辑、电子与电路技术、高级语言程序设计、计算机组成原理、计算机网络与通信、操作系统原理、计算机图形学、系统建模与仿真、计算机仿真数理基础。
其他主干课程：数学模型、自动控制原理、数字信号处理、视景仿真技术与应用领域、线性事件系统仿真、实时仿真技术、多媒体技术、计算机控制技术、微机系统与接口技术、算法设计与分析等。
基于城市道路网络的动态od估计
2.处理工具
处理工具允许用户用批处理的方式进行仿真计算,并得到统计数据输出。批处理通过图形用户界面来设置仿真参数、选择输出数据和改变车辆特征。用批处理的方式进行交通仿真计算不显示仿真过程车辆的位置和路网。因此大大加快了仿真的速度。处理工具输出的仿真结果与建模工具输出的结果是相同的,但所需的运行时间较少。
作者:何兆成
学位授予单位:中山大学
1.陆化普交通规划理论与方法 1998
2.CASCETTA E Estimation of trip matrices from traffic counts and survey data:A generalized least squares estimator 1984
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时间间隔
图5—6采样周期为300秒时的01]量瓦
估计值与真实值随时间的变化情况
图5·7采样周期为3∞秒时的01]量瓦2
23.NIHAN N.DAVIS G A Recursive estimation of origin-destination matrices from input/output counts 1987
24.NIHAN N L.DAVIS G A Application of prediction-error minimization and maximum likelihood to estimate intersection O-D matrices from traffic counts 1989
路径规划的主要算法与展望-应用数学论文-数学论文
路径规划的主要算法与展望-应用数学论文-数学论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要：路径规划算法是智能领域中一项新兴的关键支撑技术；依据路径规划算法的实现原理，将其分为进化型算法与非进化型算法；再依据数学特征将非进化型算法细分为经典数学与几何图论两类；针对每类算法，分别从发展背景、设计思想、优缺点、改进与发展等方面简要归纳分析；最后对路径规划算法的未来发展趋势进行展望。
关键词：路径规划; 进化型算法; 非进化型算法; 未来展望;Summary of Path Planning AlgorithmsLIANG Xiao-hui MU Yong-hui WU Bei-hua JIANG YuShijiazhuang Campus of Army Engineering UniversityAbstract：Path planning algorithm is an emerging key supporting technology in the field of intelligence; According to the implementation principle of path planning algorithm, it is divided into evolutionary algorithm and non-evolutionary algorithm; Then based on the mathematical characteristics, the non-evolutionary algorithm can be divided into two types: classical mathematics and geometric graph theory; For each type of algorithm, the paper will give a brief summary and analysis from some aspects: the background of development,design ideas, advantages and disadvantages, improvement. Finally the future development trend of the path planning algorithm is forecasted.0 引言路径规划（Path Planning)[1]是智能技术中的热点研究问题，已在多领域有所突破并成功得以应用。
拓扑优化算法
拓扑优化算法是一种用于解决图论中拓扑优化问题的算法。
该算法的主要目标是通过对图的拓扑结构进行优化，以改进网络的性能、降低延迟、提高吞吐量等。
拓扑优化算法主要包括以下几个步骤：1.图的建模：首先需要将网络转化为图的形式进行建模。
图由一组节点和连接节点的边组成，表示网络中的各个设备和设备之间的连通关系。
节点可以表示交换机、路由器、服务器等网络设备。
2.损失函数的定义：在拓扑优化中，需要定义一个损失函数来衡量网络的性能。
损失函数可以是关于延迟、带宽、能耗等指标的函数。
通过最小化损失函数，可以使得网络的性能得到最优化。
3.优化目标的设定：在拓扑优化中，需要设定一个优化目标，如最小化延迟、最大化带宽等。
优化目标的设定与具体的应用场景相关，可以根据需求进行灵活设定。
4.算法设计：根据建模和设定的优化目标，设计相应的算法来求解问题。
常见的拓扑优化算法包括遗传算法、禁忌搜索、模拟退火等。
这些算法可以根据具体的问题进行选择和调整。
5.算法实现：将设计好的算法转化为计算机程序，并进行实现。
实现过程中需要考虑算法的效率和可扩展性，以便在大规模网络中能够有效地求解问题。
6.实验和评估：根据实际场景和数据，对算法进行实验和评估。
实验可以使用真实网络数据或者仿真工具进行。
评估算法的效果和性能，对比不同算法的优缺点，为进一步优化和改进算法提供依据。
拓扑优化算法主要应用于网络设计、资源分配、流量调度等领域。
在大规模网络中，通过优化网络的拓扑结构，可以减少通信延迟、提高带宽利用率，从而改善用户体验和提升网络性能。
拓扑优化算法的研究不仅关注理论解决方案，还需要考虑实际应用中的可行性和可实施性。
因此，相关参考内容可以包括以下方面：1.拓扑优化算法的数学模型和理论基础：可以介绍拓扑优化算法的基本原理、数学模型和相关理论知识，如图论、优化理论等。
这些知识对于理解算法的原理和思想具有重要意义。
2.拓扑优化算法的应用案例：可以介绍拓扑优化算法在实际应用中的案例和应用场景。
八叉树碰撞检测算法
八叉树碰撞检测算法摘要：1.八叉树碰撞检测算法概述2.八叉树的结构和特点3.八叉树碰撞检测算法的实现4.八叉树碰撞检测算法的优缺点5.八叉树碰撞检测算法的应用场景正文：【八叉树碰撞检测算法概述】八叉树碰撞检测算法是一种用于检测两个物体之间是否发生碰撞的算法，适用于游戏、模拟和可视化等领域。
该算法以八叉树为数据结构，通过对物体的边界进行划分，从而实现快速、精确的碰撞检测。
【八叉树的结构和特点】八叉树是一种四叉树的变体，其每个节点最多有八个子节点。
与四叉树相比，八叉树具有更高的空间利用率和更快的搜索速度。
八叉树的主要特点如下：1.每个节点最多有八个子节点，子节点按顺序排列。
2.每个节点的边界框可以与其子节点的边界框相互转换。
3.八叉树的层数越多，其搜索速度越快，但空间利用率降低。
【八叉树碰撞检测算法的实现】八叉树碰撞检测算法的实现主要包括以下步骤：1.将物体的边界框转换为八叉树节点。
2.遍历八叉树，检测物体间的相互作用。
3.通过比较物体边界框的交集和八叉树节点的层数，判断物体是否发生碰撞。
【八叉树碰撞检测算法的优缺点】八叉树碰撞检测算法具有以下优缺点：优点：1.快速：八叉树的搜索速度较快，尤其适用于检测大量物体之间的碰撞。
2.精确：八叉树可以精确地表示物体的边界，从而实现精确的碰撞检测。
缺点：1.存储空间：八叉树的存储空间较大，可能会导致内存消耗较高。
2.算法复杂度：八叉树的构建和搜索算法相对复杂，可能需要较高的计算资源。
【八叉树碰撞检测算法的应用场景】八叉树碰撞检测算法广泛应用于以下场景：1.游戏开发：在游戏中，八叉树碰撞检测算法可以实现实时、精确的角色与场景之间的碰撞检测。
2.模拟仿真：在模拟仿真领域，八叉树碰撞检测算法可以提高仿真速度和精度。
基于Flexsim的物流仓储中心系统仿真与优化
2、模块设计
4、数据处理模块：对收集的数据进行统计、分析，为管理层提供决策支持。
2、模块设计
5、订单处理模块：接收客户订单，分配任务给分拣配送模块，跟踪订单状态。
3、数据流程
3、数据流程
物流仓储中心系统数据流程应包括以下环节：
1、数据采集：从外部系统获取 基础数据和业务数据。
2、数据传输：将采集的数据传 输到数据中心进行处理。
2、性能提升
采用高效的算法和数据结构，优化软件代码，提高系统响应速度和数据处理 能力。进行代码测试和调试，确保优化的准确性和稳定性。
谢谢观看
系统设计
系统设计
基于需求分析，物流仓储中心系统设计应从系统架构、模块设计、数据流程 等方面进行全面规划。
1、系统架构
1、系统架构
物流仓储中心系统架构应采用多层架构，包括数据访问层、业务逻辑层和表 示层。这样的架构有利于系统的扩展和维护，同时可以提高系统的性能和安全性。
2、模块设计
2、模块设计
2、数据传输：将采集的数据传输到数据中心进行处理。
3、数据处理：对数据进行清洗、整合、分析等操作，为业务提供支持。
2、数据传输：将采集的数据传输到数据中心进行处理。
4、数据存储：将处理后的数据存储在数据库中，方便后续查询和分析。仿真 实现
2、数据传输：将采集的数据传输到数据中心进行处理。
为了验证物流仓储中心系统的性能和可靠性，采用Flexsim软件进行仿真实现。
1、仿真环境搭建
1、仿真环境搭建
利用Flexsim建立物流仓储中心系统的仿真模型，根据实际情况设置仿真参数， 如仿真时间、颗粒度等。
2、仿真结果分析
2、仿真结果分析
通过Flexsim仿真运行，可以得到各项性能指标的统计结果，如吞吐量、准确 率、时效性等。通过对仿真结果的分析，可以验证物流仓储中心系统的性能和可 靠性是否满足需求。
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2
站场部分节点结构与相互关系
（下转第78页）
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注：分子为旋转前因子载荷矩阵；分母为旋转后因子载荷矩阵。
表7 旋转前后的因子载荷矩阵
4 结束语
对铁路集装箱的运量预测及
用组
同
影响铁路集装箱运量的因素很
这里只是对宏观因素进行了分
发现可以用两个因子来概括，
而对设施条件和服务水平的分析
需要有大量问卷数据支撑才能进
行，这将是今后要进行的工作。
参考文献：
[1] 魏 静，刘作义.浅谈影响铁路货运量
的主要因素及铁路货运发展战略[J].
铁道货运，2000，（6）:4-8.
[2] 孙全欣，刘作义，朱晓宁，等.快速货物
运输运量预测与分析[J].北方交通大
学学报，1999，（5）:6-10.
[3] 薛 薇.Spss统计分析方法及应用[M].
北京:电子工业出版社，2004.
[4] 郑士源，刘晓峰，宗蓓华，等.上海内河
集装箱运量预测[J].2004，（4）:30-36.
[5] 邓聚龙.灰色预测与决策[M].武汉:华
中理工大学出版社，1986.
收稿日期：2005-06-29
责任编辑：王学智
temp1，判断 temp1与temp2
若是，则把 temp1压回
，并转入第十三步，若否，则转到
第十三步: 判断S1中的所有
若否，则清空 L，
则转到第十四步。
第十四步:使temp＝temp1第
判
temp节点是否为道岔，若否，则转
若是，则转到第十五步。第十五步:若L为空，则L＝节点所指道岔的类型，转到第;若L不为空，则判断L与temp若则转到第三步，若否，则转到第十一步。若是迂回进路，先把始节点和迂回节点当成始节点和终节点，按上述算法进行进路搜索。然后，把迂回节点与终节点当成始节点和终节点用同样方法进行进路搜索。最后将这两条进路首尾相接就可以得到具有迂回节点的进路。3 程序的仿真用界面程序设计语言按上述算法设计进路搜索程序，并把站场
画在界面中。由于各站场具体有不
同，所以将站场设计功能也包含在
程序中，进而可以虚拟出各种不同
的站场。设计站场中的每一个要素
（信号灯、轨道、道岔和对向节点）
都会生成一个静态数据模块存放在
文件中。根据实验选择不同的进路
始点和终点（如有迂回节点，还要
选择迂回节点），按下进路搜索按
钮，就可以搜索出符合要求的进
路。整个效果较好，可以达到用于
课堂教学、模拟实验和人员培训等
的要求。
参考文献：
[1] 赵志熙.计算机联锁系统技术[M].北
京:中国铁道出版社，1999.
[2] 姜海涛，张为群，黄 康.二叉树在自
动进路搜索中的应用[J].铁路计算机
应用，2002，（11）:8-11.
收稿日期：2005-05-23
责任编辑：尹 红
74页）